2024/12/21 更新

写真a

シバタ ヨシヒロ
柴田 良弘
所属
理工学術院
職名
名誉教授
学位
理学博士 ( 筑波大学 )

所属学協会

  •  
     
     

    日本数学会

研究分野

  • 基礎解析学

研究キーワード

  • 数値シミュレーション

  • R-有界作用素

  • 変分構造

  • 2相問題

  • 流体方程式

  • 偏微分方程式論

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論文

  • Periodic Lp estimates by R-boundedness: Applications to the Navier-Stokes equations

    Thomas Eiter, Mads Kyed, Yoshihiro Shibata

    Acta Applicandae Mathematicae    2023年10月  [査読有り]

    DOI

  • Falling drop in an ubnouded liquid reservoir:steady-state solutions

    Thomas Eiter, Mads Kyed, Yoshihiro Shibata

    Journal of Mathematical Fluid Mechanics   25  2023年03月  [査読有り]

    DOI

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  • On the global wellposedness of free boundary problem for the Navier-Stokes system with surface tension

    Hirokazu Saito, Yoshihiro Shibata

    Journal of Differential Equations   384   1 - 92  2023年  [査読有り]

    担当区分:最終著者

    DOI

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    1
    被引用数
    (Scopus)
  • The L-L decay estimate for the multidimensional compressible flow with free surface in the exterior domain

    Yoshihiro Shibata, Xin Zhang

    Journal of Differential Equations   325   150 - 205  2022年07月  [査読有り]

    担当区分:筆頭著者

    DOI

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    3
    被引用数
    (Scopus)
  • New Thought on Matsumura-Nishida Theory in the Lp-Lq Maximal Regularity Framework

    Yoshihiro Shibata

    Journal of Mathematical Fluid Mechanics    2022年06月  [査読有り]

    担当区分:筆頭著者

    DOI

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    6
    被引用数
    (Scopus)
  • Global Well Posedness for a Q-tensor Model of Nematic Liquid Crystals

    Miho Murata, Yoshihiro Shibata

    Journal of Mathematical Fluid Mechanics   24 ( 2 )  2022年05月  [査読有り]  [招待有り]

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    Abstract

    In this paper, we prove the global well posedness and the decay estimates for a $${\mathbb {Q } }$$-tensor model of nematic liquid crystals in $$\mathbb {R}^N$$, $$N \ge 3$$. This system is a coupled system by the Navier–Stokes equations with a parabolic-type equation describing the evolution of the director fields $${\mathbb {Q } }$$. The proof is based on the maximal $$L_p$$–$$L_q$$ regularity and the $$L_p$$–$$L_q$$ decay estimates to the linearized problem.

    DOI

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    3
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    (Scopus)
  • On the global well-posedness and decay of a free boundary problem of the Navier-Stokes equations in unbounded domains

    Kenta Oishi, Yoshihiro Shibata

    Mathematics   10   774  2022年02月  [査読有り]

  • 電磁流体の2相問題の時間局所解の一意存在について

    Elena Frolova, Yoshihiro Shibata

      10 ( 4 )  2022年  [査読有り]

    担当区分:責任著者

    DOI

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    2
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    (Scopus)
  • On the global well-posedness and decay of a free boundary problem of the Navier-Stokes equtaion in unbounded domains

    Kenta Oishi, Yoshihiro Shibata

    Mathematics   9 ( 5 )  2022年  [査読有り]

    担当区分:責任著者

    DOI

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    1
    被引用数
    (Scopus)
  • On periodic solutions for one-phase and two-phase problems of the Navier–Stokes equations

    Thomas Eiter, Mads Kyed, Yoshihiro Shibata

    Journal of Evolution Equations   21   2955 - 3014  2021年12月  [査読有り]

    担当区分:責任著者

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    This paper is devoted to proving the existence of time-periodic solutions of one-phase or two-phase problems for the Navier–Stokes equations with small periodic external forces when the reference domain is close to a ball. Since our problems are formulated in time-dependent unknown domains, the problems are reduced to quasilinear systems of parabolic equations with non-homogeneous boundary conditions or transmission conditions in fixed domains by using the so-called Hanzawa transform. We separate solutions into the stationary part and the oscillatory part. The linearized equations for the stationary part have eigen-value 0, which is avoided by changing the equations with the help of the necessary conditions for the existence of solutions to the original problems. To treat the oscillatory part, we establish the maximal L –L regularity theorem of the periodic solutions for the system of parabolic equations with non-homogeneous boundary conditions or transmission conditions, which is obtained by the systematic use of R-solvers developed in Shibata (Diff Int Eqns 27(3–4):313–368, 2014; On the R-bounded solution operators in the study of free boundary problem for the Navier–Stokes equations. In: Shibata Y, Suzuki Y (eds) Springer proceedings in mathematics & statistics, vol. 183, Mathematical Fluid Dynamics, Present and Future, Tokyo, Japan, November 2014, pp 203–285, 2016; Comm Pure Appl Anal 17(4): 1681–1721. https://doi.org/10.3934/cpaa.2018081, 2018; R boundedness, maximal regularity and free boundary problems for the Navier Stokes equations, Preprint 1905.12900v1 [math.AP] 30 May 2019) to the resolvent problem for the linearized equations and the transference theorem obtained in Eiter et al. (R-solvers and their application to periodic L estimates, Preprint in 2019) for the L boundedness of operator-valued Fourier multipliers. These approaches are the novelty of this paper. p q p p

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    4
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    (Scopus)
  • Dissipative structure for symmetric hyperbolic parabolic systems with Korteweg-type dispersion

    Shuich Kawashima, Yoshihiro Shibata, Jiang Xu

    Communications in Partial Differential Equations   47 ( 2 ) 417 - 452  2021年10月  [査読有り]

    担当区分:責任著者

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    In this paper, we are concerned with generally symmetric hyperbolic-parabolic systems with Korteweg-type dispersion. Referring to those classical efforts in Kawashima et al., we formulate new structural conditions for the Korteweg-type dispersion and develop the dissipative mechanism of "regularity-gain type." As an application, it is checked that several concrete model systems (e.g., the compressible Navier-Stokes(-Fourier)-Korteweg system) satisfy the general structural conditions. In addition, the optimality of our general theory on the dissipative structure is also verified by calculating the asymptotic expansions of eigenvalues.

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  • The L-p energy methods and decay for the compressible Navier-Stokes equations with capillarity

    Shuichi Kawashima, Yoshihiro Shibata, Jiang Xu

    JOURNAL DE MATHEMATIQUES PURES ET APPLIQUEES   154   146 - 184  2021年10月  [査読有り]

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    ` We consider the Navier-Stokes-Korteweg equations for a viscous compressible fluid with capillarity effect. Referring to those studies in the non-capillary case, the purpose of this paper is to investigate the dissipation effect of Korteweg tensor with the density-dependent capillarity kappa(g). It is observed by the pointwise estimate that the linear third-order capillarity behaves like the heat diffusion of density fluctuation, which allows to develop the L-p energy methods (independent of spectral analysis). As a result, the time-decay estimates of L-q-L-r type regarding this system can be established. The treatment of nonlinear capillarity depends mainly on new Besov product estimates and the elaborate use of Sobolev embeddings and interpolations. Our results can be also applied to the quantum Navier-Stokes system, since it is a special choice of capillarity kappa(g) = kappa/g. (C) 2021 Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

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    15
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    (Scopus)
  • On the evolution of compressible and incompressible viscous fluids with a sharp interface

    Takayuki Kubo, Yoshihiro Shibata

    Mathematics   9 ( 6 )  2021年03月  [査読有り]

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    In this paper, we consider some two phase problems of compressible and incompressible viscous fluids’ flow without surface tension under the assumption that the initial domain is a uniform W domain in R (N ≥ 2). We prove the local in the time unique existence theorem for our problem in the L in time and Lq in space framework with 2 < p < ∞ and N < q < ∞ under our assumption. In our proof, we first transform an unknown time-dependent domain into the initial domain by using the Lagrangian transformation. Secondly, we solve the problem by the contraction mapping theorem with the maximal L -L regularity of the generalized Stokes operator for the compressible and incompressible viscous fluids’ flow with the free boundary condition. The key step of our proof is to prove the existence of an R-bounded solution operator to resolve the corresponding linearized problem. The Weis operator-valued Fourier multiplier theorem with R-boundedness implies the generation of a continuous analytic semigroup and the maximal L -L regularity theorem. q p p q p q 2-1/q N

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    1
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    (Scopus)
  • Local well-posedness for free boundary problem of viscous incompressible magnetohydrodynamics

    Kenta Oishi, Yoshihiro Shibata

    Mathematics   9 ( 5 ) 1 - 33  2021年03月  [査読有り]

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    In this paper, we consider the motion of incompressible magnetohydrodynamics (MHD) with resistivity in a domain bounded by a free surface. An electromagnetic field generated by some currents in an external domain keeps an MHD flow in a bounded domain. On the free surface, free boundary conditions for MHD flow and transmission conditions for electromagnetic fields are imposed. We proved the local well-posedness in the general setting of domains from a mathematical point of view. The solutions are obtained in an anisotropic space H ((0, T), H ) ∩ L ((0, T), H ) for the velocity field and in an anisotropic space H ((0, T), L ) ∩ L ((0, T), H ) for the magnetic fields with 2 < p < ∞, N < q < ∞ and 2/p + N/q < 1. To prove our main result, we used the Lp-Lq maximal regularity theorem for the Stokes equations with free boundary conditions and for the magnetic field equations with transmission conditions, which have been obtained by Frolova and the second author. 1 1 3 1 2 p q p q p q p q

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    1
    被引用数
    (Scopus)
  • On local solutions to a free boundary problem for incompressible viscous magnetohydrodynamics in the $L_p$-approach

    Yoshihiro Shibata, Wojciech M, Zajączkowski

    Dissertationes Mathematicae   566  2021年  [査読有り]

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  • The global well-posedness for the compressible fluid model of korteweg type

    Miho Murata, Yoshihiro Shibata

    SIAM Journal on Mathematical Analysis   52 ( 6 ) 6313 - 6337  2020年12月  [査読有り]

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    In this paper, we consider the compressible fluid model of Korteweg type which can be used as a phase transition model. It is shown that the system admits a unique, global strong solution for small initial data in R , 3 ≤ N ≤ 7. In this study, the main tools are the maximal Lp-Lq regularity and Lp-Lq decay properties of solutions to the linearized equations. N

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    14
    被引用数
    (Scopus)
  • Global Well-Posedness for Incompressible-Incompressible Two-Phase Problem

    柴田良弘, 齋藤平和

    Fluid Under Pressure, Advances in Mathematical Fluid Mechanics, BIrkhauser    2020年04月  [査読有り]

    担当区分:筆頭著者

  • On the maximal L<inf>p</inf>-L<inf>q</inf> regularity of solutions to a general linear parabolic system

    Tomasz Piasecki, Yoshihiro Shibata, Ewelina Zatorska

    Journal of Differential Equations   268 ( 7 ) 3332 - 3369  2020年03月  [査読有り]

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    We show the existence of solution in the maximal L −L regularity framework to a class of symmetric parabolic problems on a uniformly C domain in R . Our approach consist in showing R - boundedness of families of solution operators to corresponding resolvent problems first in the whole space, then in half-space, perturbed half-space and finally, using localization arguments, on the domain. Assuming additionally boundedness of the domain we also show exponential decay of the solution. In particular, our approach does not require assuming a priori the uniform Lopatinskii - Shapiro condition. p q 2 n

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    13
    被引用数
    (Scopus)
  • Some free boundary problem for two-phase inhomogeneous incompressible flows

    Hirokazu Saito, Yoshihiro Shibata, Xin Zhang

    SIAM Journal on Mathematical Analysis   52 ( 4 ) 3397 - 3443  2020年  [査読有り]

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    In this paper, we establish some local and global solutions for the two-phase incompressible inhomogeneous flows with moving interfaces in the maximal Lp - Lq regularity class. Compared with previous results obtained by Solonnikov [Izv. Akad. Nauk SSSR Ser. Mat., 51 (1987), pp. 1065-1087, 1118 (in Russian); translation in Math. USSR-Isz., 31 (1988), pp. 381-405] and by Shibata and Shimizu [Differential Integral Equations, 20 (2007), pp. 241-276], we find the local solutions in the Lp - Lq class in some general uniform W - 1 domain in R by assuming (p, q) ∊]2, ∞[×]N, ∞[or (p, q) ∊]1, 2[×]N, ∞[satisfying 1/p + N/q > 3/2. In particular, the initial data with less regularity are allowed by assuming p < 2. In addition, if the density and the viscosity coefficient are piecewise constant, we can construct the long time solution from the small initial states in the case of the bounded droplet. This is due to some decay property for the corresponding linearized problem. r 2 /r N

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    8
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    (Scopus)
  • R boundedness, maximal regularity and free boundary problems for the navier stokes equations

    Yoshihiro Shibata

    Lecture Notes in Mathematics   2254   193 - 462  2020年  [査読有り]

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    In these lecture notes, we study free boundary problems for the Navier–Stokes equations with and without surface tension. The local well-posedness, global well-posedness, and asymptotics of solutions as time goes to infinity are studied in the L in time and L in space framework. To prove the local well-posedness, we use the tool of maximal L –L regularity for the Stokes equations with nonhomogeneous free boundary conditions. Our approach to proving maximal L –L regularity is based on the ℛ-bounded solution operators of the generalized resolvent problem for the Stokes equations with non-homogeneous free boundary conditions and the Weis operator-valued Fourier multiplier. Key to proving global well-posedness for the strong solutions is the decay properties of the Stokes semigroup, which are derived by spectral analysis of the Stokes operator in the bulk space and the Laplace–Beltrami operator on the boundary. We study the following two cases: (1) a bounded domain with surface tension and (2) an exterior domain without surface tension. In studying the latter case, since for unbounded domains we can obtain only polynomial decay in suitable L norms in space, to guarantee the L -integrability of solutions in time it is necessary to have the freedom to choose an exponent with respect to the time variable, thus it is essential to choose different exponents p and q. The basic approach of this chapter is to analyze the generalized resolvent problem, prove the existence of ℛ-bounded solution operators and determine the decay properties of solutions to the non-stationary problem. In particular, R-bounded solution operator and Weis’ operator valued Fourier multiplier theorem and transference theorem for the Fourier multiplier, we derive the maximal L –L regularity for the initial boundary value problem, find periodic solutions with non-homogeneous boundary conditions, and generate analytic semigroups for systems of parabolic equations, including equations appearing in fluid mechanics. This approach is quite new and extends the Fujita–Kato method in the study of the Navier–Stokes equations. p q p q p q q p p q

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    22
    被引用数
    (Scopus)
  • On the isothermal compressible multi-component mixture flow: The local existence and maximal L<inf>p</inf>−L<inf>q</inf> regularity of solutions

    T. Piasecki, Y. Shibata, E. Zatorska

    Nonlinear Analysis, Theory, Methods and Applications   189  2019年12月  [査読有り]

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    We consider the initial–boundary value problem for the system of equations describing the flow of compressible isothermal mixture of arbitrary large number of components. The system consists of the compressible Navier–Stokes equations and a subsystem of diffusion equations for the species. The subsystems are coupled by the form of the pressure and the strong cross-diffusion effects in the diffusion fluxes of the species. Assuming the existence of solutions to the symmetrized and linearized equations, proven in Piasecki, Shibata and Zatorska (2019), we derive the estimates for the nonlinear equations and prove the local-in-time existence and maximal L −L regularity of solutions. p q

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    14
    被引用数
    (Scopus)
  • On some nonlinear problem for the thermoplate equations

    Suma Inna, Hirokazu Saito, Yoshihiro Shibata

    Evolution Equations and Control Theory   8 ( 4 ) 755 - 784  2019年12月  [査読有り]

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    In this paper, we prove the local and global well-posedness of some nonlinear thermoelastic plate equations with Dirichlet boundary conditions. The main tool for proving the local well-posedness is the maximal Lp-Lq regularity theorem for the linearized equations, and the main tool for proving the global well-posedness is the exponential stability of C0 analytic semigroup associated with linear thermoelastic plate equations with Dirichlet boundary conditions.

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    1
    被引用数
    (Scopus)
  • Generation of semigroups for the thermoelastic plate equation with free boundary conditions

    Robert Denk, Yoshihiro Shibata

    Evolution Equations and Control Theory   8 ( 2 ) 301 - 313  2019年06月  [査読有り]

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    We consider the linear thermoelastic plate equations with free boundary conditions in uniform C4-domains, which includes the half-space, bounded and exterior domains. We show that the corresponding operator generates an analytic semigroup in Lp-spaces for all p∈(1,∞) and has maximal Lq-Lp-regularity on finite time intervals. On bounded C4 -domains, we obtain exponential stability.

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    1
    被引用数
    (Scopus)
  • Fourier 変換と流体数学

    柴田良弘

    理工総研報告特集号   ( 16 )  2019年

  • On the local wellposedness of free boundary problem for the Navier-Stokes equations in an exterior domain

    Yoshihiro Shibata

    Communications on Pure and Applied Analysis   17 ( 4 ) 1681 - 1721  2018年07月  [査読有り]

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    This paper deals with the local well-posedness of free boundary problems for the Navier-Stokes equations in the case where the uid initially occupies an exterior domain Ω in N-dimensional Euclidian space ℝN.

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    12
    被引用数
    (Scopus)
  • Global existence of classical solutions and optimal decay rate for compressible flows via the theory of semigroups

    Yoshihiro Shibata, Yuko Enomoto

    Handbook of Mathematical Analysis in Mechanics of Viscous Fluids   Chapter 39   2085 - 2181  2018年04月  [査読有り]

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    In this chapter, we provide a review of results on the global well-posedness and optimal decay rate of strong solutions to the compressible Navier-Stokes equations in several type of domains: (1) whole space (Theorems 6, 7, 8, 9, 10, 11, and 12), (2) exterior domains (Theorems 13 and 14), (3) half-space (Theorem 15), (4) bounded domains (Theorem 16), and (5) infinite layers. Global well-posedness for the compressible viscous barotropic fluid motion with nonslip boundary condition was for the first time proved in the early 1980s by Matsumura and Nishida (Commun Math Phys 89:445-464, 1983) under the assumption that the H norm of the initial data is small. In Theorems 1, 2, 3, and 4, we revisit the same problem as in Matsumura and Nishida (Commun Math Phys 89:445- 464, 1983) under the weaker assumptions, namely, that the H norm of initial data is small. This is an improvement of the result in Matsumura and Nishida (Commun Math Phys 89:445-464, 1983) in view of the regularity assumption of the initial data. To show the methods, we perform the proof of Theorems 1, 2, 3, and 4 in all essential details. In this process, the L -L decay properties of solutions to the linearized equations are proved by using the cutoff technique and combining the local energy decay and the result in the whole space. This result was first proved by Kobayashi and Shibata (Commun Math Phys 200:621-659, 1999) under some additional assumption, and in this chapter, this assumption is eliminated by using a bootstrap argument. In the final section of this chapter, the optimal decay rate of the H norm of solution of the nonlinear problem is proved by combining the L -L decay properties of the linearized equations with some energy inequality of exponential decay type under the assumption that the initial data belong to the intersection space of H2 and L1. The main idea of this part of the proof is to combine the L -L decay properties of the Stokes semigroup and some Lyapunov-type energy inequality. 3 2 2 p q p q p q

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    10
    被引用数
    (Scopus)
  • Local and Global Solutions for the Compressible Navier-Stokes Equations Near Equilibria via the Energy Method

    Jan Burczak, Yoshihiro Shibata, Wojciech M. Zaja̧czkowski

    Handbook of Mathematical Analysis in Mechanics of Viscous Fluids     1751 - 1841  2018年  [査読有り]

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    In this chapter we present the classical energy approach for existence of regular solutions to the equations of compressible, heat-conducting fluids in a bounded three-dimensional domain. Firstly, we provide a state of the art and recall representative results in this field. Next, we give a proof of one of them, concerning Dirichlet boundary conditions for velocity and temperature. The result and thus the proof is divided into two main parts. A local-in-time existence result in high-regularity norms, via a method of successive approximations, occupies the former one. In the latter part, a differential inequality is derived, which allows us to extend the local-in-time solution to the global-in-time solution, provided a certain smallness condition is satisfied. This smallness condition is in fact an equilibrium proximity condition, since it involves differences between data and constants, whereas the data for temperature and density may be large themselves. All our considerations are performed within the L -approach. The proved result is close to that of Valli and Zajaczkowski (Commun Math Phys 103:259-296, 1986), but the techniques used here: the method of successive approximations (instead of a Leray-Schauder fixed-point argument there) as well as a clear continuation argument renders our exposition more traceable. Moreover, one may easily derive now an explicit smallness condition via our approach. Besides, the thermodynamic restriction on viscosities is relaxed, certain technicalities are improved and a possibly useful approach to deal with certain difficulties at the boundary in similar problems is provided. 2

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  • On the maximal L-L theory arising in the study of a free bounary problem for the Navier-Stokes equations

    柴田良弘, スマ・イナ

    FMRIJ-18-eBook-220    2018年  [査読有り]

  • On the Lp-Lq decay estimate for the Stokes equations with free boundary conditions in an exterior domain

    Yoshihiro Shibata

    Asymptotic Analysis   107 ( 1-2 ) 33 - 72  2018年  [査読有り]

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    This paper deals with the Lp-Lq decay estimate of the C0 analytic semigroup {T (t)}t≥0 associated with the perturbed Stokes equations with free boundary conditions in an exterior domain. The problem arises in the study of free boundary problem for the Navier-Stokes equations in an exterior domain. We proved that ||δjT(t)f||L p ≤ Cp,q t - j/2 - N/2(1/q - 1/p) ||f||L q (j = 0,1) provided that 1 &lt
    q ≤ p ≤ ∞ and q ≠ ∞. Compared with the non-slip boundary condition case, the gradient estimate is better, which is important for the application to proving global well-posedness of free boundary problem for the Navier-Stokes equations. In our proof, it is crucial to prove the uniform estimate of the resolvent operator, the resolvent parameter ranging near zero.

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    7
    被引用数
    (Scopus)
  • Global well-posedness and decay for a Q tensor model of incompressible nematic liquid crystals in RN

    マリア・ションベック, 柴田良弘

    Journal of Differential Equations    2018年  [査読有り]

    DOI

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    7
    被引用数
    (Scopus)
  • Global well-posedness of unsteady motion of viscous incompressible capillary liquid bounded by a free surface

    Yoshihiro Shibata

    Evolution Equations and Control Theory   7 ( 1 ) 117 - 152  2018年  [査読有り]

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    In this paper, we prove the global well-posedness of free boundary problems of the Navier-Stokes equations in a bounded domain with surface tension. The velocity field is obtained in the Lp in time Lq in space maximal regularity class, (2&lt
    p&lt
    ∞, N&lt
    q&lt
    ∞, and 2/p+N/q&lt
    1), under the assumption that the initial domain is close to a ball and initial data are sufficiently small. The essential point of our approach is to drive the exponential decay theorem in the Lp-Lq framework for the linearized equations with the help of maximal Lp-Lq regularity theory for the Stokes equations with free boundary conditions and spectral analysis of the Stokes operator and the Laplace-Beltrami operator.

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    8
    被引用数
    (Scopus)
  • On the global well-posedness of strong dynamics of incompressible nematic liquid crystals in R-N

    Maria Schonbek, Yoshihiro Shibata

    JOURNAL OF EVOLUTION EQUATIONS   17 ( 1 ) 537 - 550  2017年03月  [査読有り]

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    We consider the motion of a viscous incompressible liquid crystal flow in the N -dimensional whole space. We prove the global well-posedness of strong solutions for small initial data by combining the maximal L-p - L-q regularities and L-p - L-q decay properties of solutions for the Stokes equations and heat equations. As a result, we also proved the decay properties of the solutions to the nonlinear equations.

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    10
    被引用数
    (Scopus)
  • Maximal regularity for the thermoelastic plate equations with free boundary conditions

    Robert Denk, Yoshihiro Shibata

    JOURNAL OF EVOLUTION EQUATIONS   17 ( 1 ) 215 - 261  2017年03月  [査読有り]

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    We consider the linear thermoelastic plate equations with free boundary conditions in the L-p in time and L-q in space setting. We obtain unique solvability with optimal regularity for the inhomogeneous problem in a uniform C-4-domain, which includes the cases of a bounded domain and of an exterior domain with C-4-boundary. Moreover, we prove uniform a priori estimates for the solution. The proof is based on the existence of R-bounded solution operators of the corresponding generalized resolvent problem which is shown with the help of an operator-valued Fourier multiplier theorem due to Weis.

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    11
    被引用数
    (Scopus)
  • Global wellposedness of a free boundary problem for the Navier-Stokes equations in an exterior domain

    柴田良弘

    Fluid Mechanics Research International Journal   1巻 ( 2号 )  2017年

    DOI

  • On decay properties of solutions to the Stokes equations with surface tension and gravity in the half space

    Hirokazu Saito, Yoshihiro Shibata

    JOURNAL OF THE MATHEMATICAL SOCIETY OF JAPAN   68 ( 4 ) 1559 - 1614  2016年10月  [査読有り]

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    In this paper, we proved decay properties of solutions to the Stokes equations with surface tension and gravity in the half space R-+(N) = {(x', x(N)) x' is an element of RN-1, x(N) &gt; 0} (N &gt;= 2). In order to prove the decay properties, we first show that the zero points lambda(+/-) of Lopatinskii determinant for some resolvent problem associated with the Stokes equations have the asymptotics: lambda(+/-) = +/- ic(g)(1/2)vertical bar xi'vertical bar(1/2) - 2 vertical bar xi'vertical bar(2) + O(vertical bar xi'vertical bar(5/2)) as vertical bar xi'vertical bar -&gt; 0, where c(g) &gt; 0 is the gravitational acceleration and xi' is an element of RN-1 is the tangential variable in the Fourier space. We next shift the integral path in the representation formula of the Stokes semi-group to the complex left half-plane by Cauchy's integral theorem, and then it is decomposed into closed curves enclosing lambda(+/-) and the remainder part. We finally see, by the residue theorem, that the low frequency part of the solution to the Stokes equations behaves like the convolution of the (N - 1)-dimensional heat kernel and F-xi'(-1)[e(+/- icg1/2 vertical bar xi'vertical bar 1/2t)](x') formally, where F-xi'(-1) is the inverse Fourier transform with respect to xi'. However, main task in our approach is to show that the remainder part in the above decomposition decay faster than the residue part.

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    (Scopus)
  • On the R-Boundedness for the Two Phase Problem with Phase Transition: Compressible-Incompressible Model Problem

    Yoshihiro Shibata

    FUNKCIALAJ EKVACIOJ-SERIO INTERNACIA   59 ( 2 ) 243 - 287  2016年08月  [査読有り]

     概要を見る

    In this paper, we prove the maximal L-p-L-q regularity of the compressible and incompressible two phase flow with phase transition in the model problem case with the help of SI-bounded solution operators corresponding to generalized resolvent problem. The problem arises from the mathematical study of the motion, of two-phase flows having gaseous phase and liquid phase separated by a sharp interface with phase transition.

  • ON SOME TWO PHASE PROBLEM FOR COMPRESSIBLE AND COMPRESSIBLE VISCOUS FLUID FLOW SEPARATED BY SHARP INTERFACE

    Takayuki Kubo, Yoshihiro Shibata, Kohei Soga

    DISCRETE AND CONTINUOUS DYNAMICAL SYSTEMS   36 ( 7 ) 3741 - 3774  2016年07月  [査読有り]

     概要を見る

    In this paper, we prove a local in time unique existence theorem for some two phase problem of compressible and compressible barotropic viscous fluid flow without surface tension in the L-p in time and the L-q in space framework with 2 &lt; p &lt; 1 and N &lt; q &lt; infinity under the assumption that the initial domain is a uniform W-q(2-1/q) domain in R-N (N &gt;= 2). After transforming a unknown time dependent domain to the initial domain by the Lagrangian transformation, we solve the problem by the contraction mapping principle with the maximal L-p-L-q regularity of the generalized Stokes operator for the compressible viscous fluid flow with free boundary condition. The key step of our method is to prove the existence of R-bounded solution operator to resolvent problem corresponding to linearized problem. The R-boundedness combined with Weis's operator valued Fourier multiplier theorem implies the generation of analytic semigroup and the maximal L-p-L-q regularity theorem.

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    (Scopus)
  • On the global well-posedness for the compressible Navier-Stokes equations with slip boundary condition

    Yoshihiro Shibata, Miho Murata

    JOURNAL OF DIFFERENTIAL EQUATIONS   260 ( 7 ) 5761 - 5795  2016年04月  [査読有り]

     概要を見る

    In this paper, we prove a global in time unique existence theorem for the compressible viscous fluids in a bounded domain with slip boundary condition in the maximal L-p-L-q regularity class with 2 &lt; p &lt; infinity and N &lt; q &lt; infinity under the assumption that initial data are small enough and orthogonal to rigid motions if domain is rotationally symmetric, To prove the global well-posedness, we use the prolongation argument based on the maximal L-p-L-q regularity estimate of exponentially decay type. The same problem was first treated by Kobayashi and Zajaczkowski [5] in the L-2 framework by using the energy method; our approach is completely different from Kobayashi and Zajaczkowski [5]. (C) 2015 Elsevier Inc. All rights reserved.

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    13
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  • LOCAL WELL-POSEDNESS OF FREE SURFACE PROBLEMS FOR THE NAVIER-STOKES EQUATIONS IN A GENERAL DOMAIN

    Yoshihiro Shibata

    DISCRETE AND CONTINUOUS DYNAMICAL SYSTEMS-SERIES S   9 ( 1 ) 315 - 342  2016年02月  [査読有り]

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    In this paper, we prove the local well-posedness of the free boundary problems of Navier-Stokes equations in a general domain Omega subset of R-N (N &gt;= 2). The velocity field is obtained in the maximal regularity class W-q,p(2,1)(Omega x (0,T)) = L-p((0,T),W-q(2) (Omega) (N)) boolean AND W-p(1)((0,T); L-q (Omega) (N)) (2 &lt; p &lt; infinity and N &lt; q &lt; infinity) for any initial data satisfying certain compatibility conditions. The assumption of the domain Omega is the unique existence of solutions to the weak Dirichlet-Neumann problem as well as some uniformity of covering of the closure of Omega. A bounded domain, a perturbed half space, and a perturbed layer satisfy the conditions for the domain, and therefore drop problems and ocean problems are treated in the uniform manner. Our method is based on the maximal L-p-L-q regularity theorem of a linearized problem in a general domain.

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    12
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    (Scopus)
  • On the global well-posedness of some free boundary problem for a compressible barotropic viscous fluid flow

    Yoshihiro Shibata

    RECENT ADVANCES IN PARTIAL DIFFERENTIAL EQUATIONS AND APPLICATIONS   666   341 - 356  2016年  [査読有り]

     概要を見る

    In this paper, we prove a global in time unique existence theorem for the free boundary problem of a compressible barotropic viscous fluid flow without surface tension in the L-p in time and L-q in space framework with 2 &lt; p &lt; infinity and N &lt; q &lt; infinity under the assumption that the initial domain is bounded and initial data are small enough and orthogonal to rigid motions. Such global well-posedness was proved by Zajaczkowski in 1993 in the L-2 framework, and our result is an extension of his result to the maximal L-p-L-q regularity setting. We use the maximal L-p-L-q regularity theorem for the linearlized equations and the exponential stability of the corresponding analytic semigroup, which is a completely different approach than Zajaczkowski (1993).

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    4
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    (Scopus)
  • On the r-bounded solution operator and the maximal lp-lq regularity of the stokes equations with free boundary condition

    Yoshihiro Shibata

    Springer Proceedings in Mathematics and Statistics   183   203 - 285  2016年

     概要を見る

    In this paper, we consider the boundary value problem of Stokes operator arising in the study of free boundary problem for the Navier-Stokes equations with surface tension in a uniform W3−1/r r domain of N-dimensional Euclidean space ℝN (N ⩾ 2, N &lt
    r &lt
    ∞). We prove the existence of R-bounded solution operator with spectral parameter λ varying in a sector Σε,λ0 = {λ ∈ ℂ | | arg λ| ⩽ π − ε, |λ| ⩾ λ0} (0 &lt
    ε &lt
    π/2), and the maximal Lp-Lq regularity with the help of the R-bounded solution operator and the Weis operator valued Fourier multiplier theorem. The essential assumption of this paper is the unique solvability of the weak Dirichlet-Neumann problem, namely it is assumed the unique existence of solution p ∈ W1 q (Ω) to the variational problem: (∇p,∇ϕ)Ω = (f,∇ϕ)Ω for any ϕ ∈ W1 q′(Ω) with 1 &lt
    q &lt
    ∞ and q′ = q/(q − 1), where W1 q (Ω) is a closed subspace of Ŵ1 q,Γ (Ω) = {p ∈ Lq,loc(Ω) | ∇p ∈ Lq(Ω)N, p|Γ = 0} with respect to gradient norm ∥∇ · ∥Lq( Ω) that contains a space W1 q, Γ (Ω) = {p ∈ W1 q (Ω) | p|Γ = 0}, and Γ is one part of boundary on which free boundary condition is imposed. The unique solvability of such weak Dirichlet-Neumann problem is necessary for the unique existence of a solution to the resolvent problem with uniform estimate with respect to spectral parameter varying in (λ0,∞), which was proved in Shibata [13]. Our assumption is satisfied for any q ∈ (1,∞) by the following domains: half space, perturbed half space, bounded domains, layer, perturbed layer, straight cube, and exterior domains with W1 q (Ω) = Ŵ1 q,Γ (Ω).

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    15
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    (Scopus)
  • On some free boundary problem of the Navier-Stokes equations in the maximal Lp-Lq regularity class

    Yoshihiro Shibata

    Journal of Differential Equations   258 ( 12 ) 4127 - 4155  2015年06月

     概要を見る

    This paper concerns the free boundary problem for the Navier-Stokes equations without surface tension in the Lp in time and Lq in space setting with 2&lt
    p&lt
    ∞ and N&lt
    q&lt
    ∞. A local in time existence theorem is proved in a uniform Wq2-1/q domain in the N-dimensional Euclidean space RN (N≥2) under the assumption that the weak Dirichlet-Neumann problem is uniquely solvable. Moreover, a global in time existence theorem is proved for small initial data under the additional assumption that Ω is bounded. This was already proved by Solonnikov [25] by using the continuation argument of local in time solutions which are exponentially stable in the energy level under the assumption that the initial data is orthogonal to the rigid motion. We also use the continuation argument and the same orthogonality condition for the initial data. But, our argument about the continuation of local in time solutions is based on some decay theorem for the linearized problem, which is a different point than [25].

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    19
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    (Scopus)
  • On some free boundary problem of the Navier-Stokes equations in the maximal L-p-L-q regularity class

    Yoshihiro Shibata

    JOURNAL OF DIFFERENTIAL EQUATIONS   258 ( 12 ) 4127 - 4155  2015年06月  [査読有り]

     概要を見る

    This paper concerns the free boundary problem for the Navier-Stokes equations without surface tension in the L-p in time and L-q in space setting with 2 &lt; p &lt; infinity and N &lt; q &lt; infinity. A local in time existence theorem is proved in a uniform w(q)(2-1/q) domain in the N-dimensional Euclidean space R-N (N &gt;= 2) under the assumption that the weak Dirichlet Neumann problem is uniquely solvable. Moreover, a global in time existence theorem is proved for small initial data under the additional assumption that Omega is bounded. This was already proved by Solonnikov [25] by using the continuation argument of local in time solutions which are exponentially stable in the energy level under the assumption that the initial data is orthogonal to the rigid motion. We also use the continuation argument and the same orthogonality condition for the initial data. But, our argument about the continuation of local in time solutions is based on some decay theorem for the linearized problem, which is a different point than [25]. (C) 2015 Published by Elsevier Inc.

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    19
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    (Scopus)
  • ON STRONG DYNAMICS OF COMPRESSIBLE NEMATIC LIQUID CRYSTALS

    Katharina Schade, Yoshihiro Shibata

    SIAM JOURNAL ON MATHEMATICAL ANALYSIS   47 ( 5 ) 3963 - 3992  2015年  [査読有り]

     概要を見る

    Given a uniform W-q(3-1/q)-domain Omega subset of R-N for N &lt; q &lt; infinity, we consider a simplified Ericksen-Leslie system modeling the flow of compressible nematic liquid crystals based on Lin and Liu [Comm. Pure Appl. Math., 48 (1995), pp. 501-537]. We show the unique existence of local-intime strong solutions. Furthermore, if Omega is bounded and initial data are chosen suitably small, we obtain global-in-time strong solutions. Our approach is based on maximal regularity estimates of the compressible Navier-Stokes equation by Enomoto, von Below, and Shibata [Ann. Univ. Ferrara, 60 (2014), pp. 55-89] and maximal regularity estimates for the Neumann problem as a consequence of Weis's 2001 vector-valued Fourier multiplier theorem.

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    14
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    (Scopus)
  • On the R-boundedness for the two phase problem: compressible-incompressible model problem

    Takayuki Kubo, Yoshihiro Shibata, Kohei Soga

    BOUNDARY VALUE PROBLEMS   ( 2014:141 )  2014年09月  [査読有り]

     概要を見る

    The situation of this paper is that the Stokes equation for the compressible viscous fluid flow in the upper half-space is coupled via inhomogeneous interface conditions with the Stokes equations for the incompressible one in the lower half-space, which is the model problem for the evolution of compressible and incompressible viscous fluid flows with a sharp interface. We show the existence of R-bounded solution operators to the corresponding generalized resolvent problem, which implies the generation of analytic semigroup and maximal Lp-Lq regularity for the corresponding time dependent problem with the help of the Weis' operator valued Fourier multiplier theorem. The problem was studied by Denisova (Interfaces Free Bound. 2(3):283-312, 2000) under some restriction on the viscosity coefficients and one of our purposes is to eliminate the assumption in (Denisova in Interfaces Free Bound. 2(3):283-312, 2000).

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    1
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    (Scopus)
  • Lp-Lq maximal regularity and its application (Mathematical Analysis of Viscous Incompressible Fluid : RIMS研究集会報告集)

    柴田 良弘, 村田 美帆

    数理解析研究所講究録   1905   148 - 163  2014年07月

    CiNii

  • ON THE R-BOUNDEDNESS OF SOLUTION OPERATORS FOR THE STOKES EQUATIONS WITH FREE BOUNDARY CONDITION

    Yoshihiro Shibata

    DIFFERENTIAL AND INTEGRAL EQUATIONS   27 ( 3-4 ) 313 - 368  2014年03月  [査読有り]

     概要を見る

    In this paper, we consider the boundary value problem of Stokes operators with variable viscosity in the case of free boundary condition in a uniform W-r(2-1/r) domain of N-dimensional Euclidean space R-N (N &gt;= 2, N &lt; r &lt; infinity). We prove the R-boundedness of solution operators with spectral parameter A varying in a sector Sigma(epsilon),(lambda 0) = {lambda is an element of C : vertical bar arg lambda vertical bar &lt;= pi - epsilon, vertical bar lambda vertical bar &gt;= lambda(0)}, from which we can deduce the L-p-L-q maximal regularity as well as the generation of analytic semigroup for the time dependent problem. The problem of this type arises in the mathematical study of the incompressible viscous fluid flow with free surface. The essential assumption of this paper is the unique solvability of the weak Dirichlet-Neumann problem, namely, it is assumed the unique existence of solution p is an element of W-q(1)(Omega) to the variational problem: (del p, del phi)(Omega) = (f, del phi)(Omega) for any phi is an element of W-q(1), (Omega) with 1 &lt; q &lt; infinity and q' = q/(q - 1), where W-q(1)(Omega) is a closed subspace of (W) over cap (1)(q Gamma)(Omega) = {p is an element of L-q,(loc)(Omega) : del(p) is an element of L-q(Omega)(N), p vertical bar Gamma = 0} with respect to gradient norm parallel to del.parallel to(Lq(Omega)) that contains a space W-q,Gamma(1)(Omega) = {p is an element of W-q(1)(Omega) : p vertical bar Gamma = 0}, and Gamma is one part of boundary on which free boundary condition is imposed. The unique solvability of such weak Dirichlet-Neumann problem is necessary for the unique existence of a solution to the resolvent problem with uniform estimate with respect to spectral parameter varying in (lambda(0), infinity), which was proved in Shibata [28]. Our assumption is satisfied for any q is an element of (1, infinity) by the following domains: half space, perturbed half space, bounded domains, layer, perturbed layer with W-q(1)(Omega) = (W) over cap (1)(q,Gamma)(Omega), and by exterior domains with W-q,Gamma(1)(Omega) = the closure of W-q,Gamma(1)(Omega) with respect to the gradient norm. Combining the result in this paper with that in a forthcoming paper about the nonlinear problems, we can conclude that the unique existence of solutions to weak Dirichlet-Neumann problem implies a local in time unique existence theorem of strong solutions to the free boundary problem without surface tension taken into account for the Navier-Stokes equations in a uniform W-r(2-1/r) domain.

  • ON THE R-BOUNDEDNESS OF SOLUTION OPERATORS FOR THE STOKES EQUATIONS WITH FREE BOUNDARY CONDITION

    Shibata, Yoshihiro

    DIFFERENTIAL AND INTEGRAL EQUATIONS   27 ( 3-4 ) 313 - 368  2014年

  • On the R-boundedness of the solution operators in the study of the compressible viscous fluid flow with free boundary conditions

    Dario Goetz, Yoshihiro Shibata

    ASYMPTOTIC ANALYSIS   90 ( 3-4 ) 207 - 236  2014年  [査読有り]

     概要を見る

    In this paper, we consider a generalized resolvent problem for the linearization system of the Navier-Stokes equations describing some free boundary problem of a compressible barotropic viscous fluid flow without taking the surface tension into account. We prove the existence of the R-bounded solution operators, which drives not only the generation of analytic semigroup but also the maximal L-p-L-q regularity by means of Weis' operator valued Fourier multiplier theorem for the corresponding time dependent problem that enable us to prove a local in time existence theorem of the free boundary problem for a compressible barotropic viscous fluid flow in the L-p in time and L-q space setting (cf. Annali dell Universita di Ferrara 60 (2014), 55-89). The results in this paper were given in the PhD thesis [Three topics in fluid dynamics: viscoelastic, generalized Newtonian, and compressible fluids, 2012, TU Darmstadt] by the first author under supervision of the second author. Here we present a slightly different method of deriving a concrete form of solutions to the model problem. In this paper, one of the essential points is to show the invertibility of a 2 x 2 Lopatinski matrix function. The corresponding system in [Three topics in fluid dynamics: viscoelastic, generalized Newtonian, and compressible fluids, 2012, TU Darmstadt] is a 3 x 3 matrix, so that the method presented here is slightly simpler.

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    13
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    (Scopus)
  • On some free boundary problem for a compressible barotropic viscous fluid flow

    Yuko Enomoto, Lorenz von Below, Yoshihiro Shibata

    Annali dell'Universita di Ferrara   60 ( 1 ) 55 - 89  2014年

     概要を見る

    In this paper, we prove a local in time unique existence theorem for the freeboundary problem of a compressible barotropic viscous fluid flow without surface tensionin the Lp in time and Lq in space framework with 2 &lt
    p &lt
    ∞ and N &lt
    q &lt
    ∞ under the assumption that the initial domain is a uniform W2-1/qq one in ℝN (N ≥ 2).After transforming a unknown time dependent domain to the initial domain by theLagrangian transformation, we solve problem by the Banach contraction mappingprinciple based on the maximal Lp-Lq regularity of the generalized Stokes operatorfor the compressible viscous fluid flowwith free boundary condition. The key issue forthe linear theorem is the existence of R-bounded solution operator in a sector, whichcombined with Weis's operator valued Fourier multiplier theorem implies the generationof analytic semigroup and the maximal Lp-Lq regularity theorem. The nonlinearproblem we studied here was already investigated by several authors (Denisova andSolonnikov, St. Petersburg Math J 14:1-22, 2003
    J Math Sci 115:2753-2765, 2003
    Secchi, Commun PDE 1:185-204, 1990
    Math Method Appl Sci 13:391-404, 1990
    Secchi and Valli, J Reine Angew Math 341:1-31, 1983
    Solonnikov and Tani, Constantincarathéodory: an international tribute, vols 1, 2, pp 1270-1303,World ScientificPublishing, Teaneck, 1991
    Lecture notes in mathematics, vol 1530, Springer, Berlin,1992
    Tani, J Math Kyoto Univ 21:839-859, 1981
    Zajaczkowski, SIAM JMath Anal25:1-84, 1994) in the L2 framework and Hölder spaces, but our approach is differentfrom them. © 2013 Università degli Studi di Ferrara.

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    23
    被引用数
    (Scopus)
  • On the R-Sectoriality and the Initial Boundary Value Problem for the Viscous Compressible Fluid Flow

    Yuko Enomoto, Yoshihiro Shibata

    FUNKCIALAJ EKVACIOJ-SERIO INTERNACIA   56 ( 3 ) 441 - 505  2013年12月  [査読有り]

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    In this paper, we prove the R-sectoriality of the resolvent problem for the boundary value problem of the Stokes operator for the compressible viscous fluids in a general domain, which implies the generation of analytic semigroup and the maximal L-p-L-q regularity for the initial boundary value problem of the Stokes operator. Combining our linear theory with fixed point arguments in the Lagrangian coordinates, we have a local in time unique existence theorem in a general domain and a global in time unique existence theorem for some initial data close to a constant state in a bounded domain for the initial boundary value problem of the Navier-Stokes equations describing the motion of compressible viscous fluids. All the results obtained in this paper were announced in Enomoto-Shibata [12].

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    60
    被引用数
    (Scopus)
  • Generalized Resolvent Estimates of the Stokes Equations with First Order Boundary Condition in a General Domain

    Yoshihiro Shibata

    JOURNAL OF MATHEMATICAL FLUID MECHANICS   15 ( 1 ) 1 - 40  2013年03月  [査読有り]

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    In this paper, we prove unique existence of solutions to the generalized resolvent problem of the Stokes operator with first order boundary condition in a general domain of the N-dimensional Eulidean space . This type of problem arises in the mathematical study of the flow of a viscous incompressible one-phase fluid with free surface. Moreover, we prove uniform estimates of solutions with respect to resolvent parameter varying in a sector , where and . The essential assumption of this paper is the existence of a unique solution to a suitable weak Dirichlet problem, namely it is assumed the unique existence of solution to the variational problem: for any . Here, is the closure of by the semi-norm , and is the boundary of . In fact, we show that the unique solvability of such a Dirichlet problem is necessary for the unique existence of a solution to the resolvent problem with uniform estimate with respect to resolvent parameter varying in . Our assumption is satisfied for any by the following domains: whole space, half space, layer, bounded domains, exterior domains, perturbed half space, perturbed layer, but for a general domain, we do not know any result about the unique existence of solutions to the weak Dirichlet problem except for q = 2.

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    30
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    (Scopus)
  • Generalized resolvent estimates of the Stokes equations with first order boundary condition in a general domain

    柴田良弘

    Jounral of Mathematical Fluid Mechanics.   15巻 ( 1号 ) 1 - 40  2013年

  • On some decay properties of Stokes semigroup of compressible viscous fluid flow in a 2-dimensional exterior domain

    Yuko Enomoto, Yoshihiro Shibata

    JOURNAL OF DIFFERENTIAL EQUATIONS   252 ( 12 ) 6214 - 6249  2012年06月  [査読有り]

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    In this paper, we proved the local energy decay and some L-p-L-q decay properties of solutions to the initial-boundary value problem for the Stokes equations of compressible viscous fluid flow in a 2-dimensional exterior domain. Kobayashi (1997) [19] and Kobayashi and Shibata (1999) [21] treated the same problem in a 3-dimensional exterior domain, and our results obtained in this paper are an extension of results in Kobayashi (1997) [19] and Kobayashi and Shibata (1999) [21] to the 2-dimensional case. The fundamental solution to the resolvent equations for the Stokes equations in R-2 has a logarithmical singularity at lambda = 0, lambda being a resolvent parameter, while it is continuous up to lambda = 0 in R-3. This difference requires us a new idea to prove the local energy decay estimate. Once getting the local energy decay estimate, the required L-p-L-q decay estimates in the exterior domain are obtained by combining the local energy estimate and the L-p-L-q estimates in R-2 by a cut-off technique. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

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    2
    被引用数
    (Scopus)
  • ON WELL-POSEDNESS OF INCOMPRESSIBLE TWO-PHASE FLOWS WITH PHASE TRANSITIONS: THE CASE OF EQUAL DENSITIES

    Jan Pruess, Yoshihiro Shibata, Senjo Shimizu, Gieri Simonett

    EVOLUTION EQUATIONS AND CONTROL THEORY   1 ( 1 ) 171 - 194  2012年06月  [査読有り]

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    The basic model for incompressible two-phase flows with phase transitions is derived from basic principles and shown to be thermodynamically consistent in the sense that the total energy is conserved and the total entropy is nondecreasing. The local well-posedness of such problems is proved by means of the technique of maximal Lp-regularity in the case of equal densities. This way we obtain a local semiflow on a well-defined nonlinear state manifold. The equilibria of the system in absence of external forces are identified and it is shown that the negative total entropy is a strict Ljapunov functional for the system. If a solution does not develop singularities, it is proved that it exists globally in time, its orbit is relatively compact, and its limit set is nonempty and contained in the set of equilibria.

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    22
    被引用数
    (Scopus)
  • On the maximal L-p-L-q regularity of the Stokes problem with first order boundary condition; model problems

    Yoshihiro Shibata, Senjo Shimizu

    JOURNAL OF THE MATHEMATICAL SOCIETY OF JAPAN   64 ( 2 ) 561 - 626  2012年04月  [査読有り]

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    In this paper, we proved the generalized resolvent estimate and the maximal L-p-L-q regularity of the Stokes equation with first order boundary condition in the half-space, which arises in the mathematical study of the motion of a viscous incompressible one phase fluid flow with free surface. The core of our approach is to prove the R boundedness of solution operators defined in a sector Sigma(epsilon,gamma 0) = {lambda is an element of C \ {0} vertical bar vertical bar arg lambda vertical bar &lt;= pi - epsilon, vertical bar lambda vertical bar &gt;= gamma(0)} with 0 &lt; epsilon &lt; pi/2 and gamma(0) &gt;= 0. This R boundedness implies the resolvent estimate of the Stokes operator and the combination of this R boundedness with the operator valued Fourier multiplier theorem of L. Weis implies the maximal L-p-L-q regularity of the non-stationary Stokes. For a densely defined closed operator A, we know that what A has maximal L-p regularity implies that the resolvent estimate of A in lambda is an element of Sigma(epsilon,gamma 0), but the opposite direction is not true in general (cf. Kalton and Lancien [19]). However, in this paper using the R boundedness of the operator family in the sector Sigma(epsilon,lambda 0), we derive a systematic way to prove the resolvent estimate and the maximal L-p regularity at the same time.

    DOI

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    42
    被引用数
    (Scopus)
  • 流体数学のいくつかの話題について(ラボラトリーズ)

    柴田 良弘

    応用数理   22 ( 1 ) 55 - 58  2012年03月

    DOI CiNii

  • Global existence results for Oldroyd-B fluids in exterior domains

    Matthias Hieber, Yuka Naito, Yoshihiro Shibata

    JOURNAL OF DIFFERENTIAL EQUATIONS   252 ( 3 ) 2617 - 2629  2012年02月  [査読有り]

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    In this paper we consider the set of equations describing Oldroyd-B fluids in exterior domains. It is shown that these equations admit a unique, global solution defined in a certain function space provided the initial data and the coupling constant are small enough. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

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    44
    被引用数
    (Scopus)
  • About Compressible Viscous Fluid Flow in a 2-dimensional Exterior Domain

    Yuko Enomoto, Yoshihiro Shibata

    Spectral Theory, Mathematical System Theory, Evolution Equations, Differential and Difference Equations     305 - 321  2012年

    DOI

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    1
    被引用数
    (Scopus)
  • On the Non-newtonian fluid in an exterior domain in three dimensions

    マティアス・ヒーバー, 内藤由香, 柴田良弘

    Journal of Differential Equations   252巻 ( 3号 ) 2617 - 2629  2012年

  • On the maximal Lp-Lq regularity of the Stokes problem with first order boundary condition; model problems

    柴田良弘, 清水扇丈

    Journal of Mathematical Society of Japan   64巻 ( 2号 ) 561 - 626  2012年

  • Maximal L-p-L-q regularity for the two-phase Stokes equations; Model problems

    Yoshihiro Shibata, Senjo Shimizu

    JOURNAL OF DIFFERENTIAL EQUATIONS   251 ( 2 ) 373 - 419  2011年07月  [査読有り]

     概要を見る

    In this paper we prove the generalized resolvent estimate and maximal L-p-L-q regularity of the Stokes equation with and without surface tension and gravity in the whole space with flat interface. We prove II boundedness of solution operators defined in a sector Sigma(epsilon,gamma 0) = {lambda is an element of C\ {0} vertical bar vertical bar arg lambda vertical bar &lt;= pi - epsilon vertical bar lambda vertical bar &gt;= gamma(0)] with 0 &lt; epsilon &lt; pi/2 and gamma(0) &gt;= 0, which combined with the Fourier multiplier theorem of S.G. Mihlin and the operator valued Fourier multiplier theorem of L Weis yields the required generalized resolvent estimate and maximal L-p-L-q regularity at the same time. One of the character of the paper is to introduce special function spaces E-q((R) over dot(n),Sigma(epsilon,gamma 0) and E-p,E-q,E-gamma 0 ((R) over dot(n) x R) (cf. (1.7) and (1.8)), which is necessary to treat the situation that the normal component of velocity fields jumps across the interface. Such spaces never appear in the study of the Stokes equations with other boundary conditions like non-slip condition, Navier slip condition, Robin condition or pure Neumann condition appearing in the study of one phase problem (cf. Desch et al., 2001 [12], Farwig and Sohr, 1994 [13], Saal, 2003 [22], Shibata and Shimada, 2007 [23], Shibata and Shimizu 2008 [25], 2009 [26], in press [27]), because the normal component of the velocity fields vanishes at the boundary which is physical requirement that the flow does not go out and come in through the rigid boundary. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

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    24
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    (Scopus)
  • Report on a local in time solvability of free surface problems for the Navier-Stokes equations with surface tension

    Yoshihiro Shibata, Senjo Shimizu

    APPLICABLE ANALYSIS   90 ( 1 ) 201 - 214  2011年  [査読有り]

     概要を見る

    We consider the free boundary problem of the Navier-Stokes equation with surface tension. Our initial domain is one of a bounded domain, an exterior domain, a perturbed half-space or a perturbed layer in n (n epsilon 2). We report a local in time unique existence theorem in the space [image omitted] with some T 0, 2 p and n q for any initial data which satisfy compatibility condition. Our theorem can be proved by the standard fixed point argument based on the Lp-Lq maximal regularity theorem for the corresponding linearized equations. Our results cover the cases of a drop problem and an ocean problem that were studied by Solonnikov (Solvability of the evolution problem for an isolated mass of a viscous incompressible capillary liquid, Zap. Nauchn. Sem. (LOMI) 140 (1984) pp. 179-186 (in Russian) (English transl.: J. Soviet Math. 32 (1986), pp. 223-238)), Solonnikov (Unsteady motion of a finite mass of fluid, bounded by a free surface, Zap. Nauchn. Sem. (LOMI) 152 (1986), pp. 137-157 (in Russian) (English transl.: J. Soviet Math. 40 (1988), pp. 672-686)), Solonnikov (On nonstationary motion of a finite isolated mass of self-gravitating fluid, Algebra Anal. 1 (1989), pp. 207-249 (in Russian) (English transl.: Leningrad Math. J. 1 (1990), pp. 227-276)), Solonnikov (Solvability of the problem of evolution of a viscous incompressible fluid bounded by a free surface on a finite time interval, Algebra Anal. 3 (1991), pp. 222-257 (in Russian) (English transl.: St. Petersburg Math. J. 3 (1992) 189-220)), Beale (Large time regularity of viscous surface waves, Arch. Rat. Mech. Anal. 84 (1984), pp. 307-352) and Tani (Small-time existence for the three-dimensional incompressible Navier-Stokes equations with a free surface, Arch. Rat. Mech. Anal. 133 (1996), pp. 299-331).

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    15
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    (Scopus)
  • Report on a local in time solvability of free surface problems for the Navier-Stokes equations with surface tension

    柴田良弘, 清水扇丈

    Applicable Analysis   90巻 ( 1号 ) 201 - 214  2011年

  • Maximal Lp-Lq regularity for the two-phase Stokes equations; Model problems

    柴田良弘, 清水扇丈

    Journal of Differential Equations   251巻 ( 2号 ) 373 - 419  2011年

  • Low frequency expansion in thermoelasticity with second sound in three dimensions

    Yuka Naito, Reinhard Racke, Yoshihiro Shibata

    JOURNAL OF THE MATHEMATICAL SOCIETY OF JAPAN   62 ( 4 ) 1289 - 1316  2010年10月  [査読有り]

     概要を見る

    We consider the initial-boundary value problem in hyperbolic thermoelasticity with second sound in a three-dimensional exterior domain. The low frequency expansion of solutions to the corresponding stationary resolvent problem is given and the limit to the classical thermoelastic problem is investigated.

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  • International Workshop on Mathematical Fluid Dynamics(Conference Reports)

    柴田 良弘, 鈴木 幸人

    応用数理   20 ( 3 ) 262 - 263  2010年09月

    DOI CiNii

  • The Fujita-Kato approach to the Navier-Stokes equations in the rotational framework

    Matthias Hieber, Yoshihiro Shibata

    MATHEMATISCHE ZEITSCHRIFT   265 ( 2 ) 481 - 491  2010年06月  [査読有り]

     概要を見る

    Consider the Navier-Stokes equations in the rotational framework. It is proved that these equations possess a unique global mild solution for arbitrary speed of rotation provided the initial data u(0) is small enough in the H(sigma)(1/2)(R(3))-norm.

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    74
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    (Scopus)
  • The Fujita-Kato approach to the Navier-Stokes equations in the rotational framework

    Matthias Hieber, Yoshihiro Shibata

    MATHEMATISCHE ZEITSCHRIFT   265 ( 2 ) 481 - 491  2010年06月

     概要を見る

    Consider the Navier-Stokes equations in the rotational framework. It is proved that these equations possess a unique global mild solution for arbitrary speed of rotation provided the initial data u(0) is small enough in the H(sigma)(1/2)(R(3))-norm.

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    74
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  • Local Energy Decay Estimate of Solutions to the Thermoelastic Plate Equations in Two- and Three-Dimensional Exterior Domains

    Robert Denk, Reinhard Racke, Yoshihiro Shibata

    ZEITSCHRIFT FUR ANALYSIS UND IHRE ANWENDUNGEN   29 ( 1 ) 21 - 62  2010年  [査読有り]

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    In this paper we prove frequency expansions of the resolvent and local energy decay estimates for the linear thermoelastic plate equations:
    u(tt) + Delta(2)u + Delta theta = 0 and theta(t) - Delta theta - Delta u(t) = 0 in Omega x (0, infinity).
    subject to Dirichlet boundary conditions: u vertical bar Gamma = D(v)u vertical bar Gamma = theta vertical bar Gamma = 0 and initial conditions (u, u(t), theta)vertical bar(t=0) = (u(0), v(0), theta(0)) Here Omega is an exterior domain (domain with bounded complement) in R(n) with n = 2 or n = 3, the boundary F of which is assumed to be a C(4)-hypersurface.

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    13
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    (Scopus)
  • On a C-0 Semigroup Associated with a Modified Oseen Equation with Rotating Effect

    Yoshihiro Shibata

    ADVANCES IN MATHEMATICAL FLUID MECHANICS     513 - 551  2010年  [査読有り]

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    In this paper, we show the unique existence of solutions to the nonstationary problem for the modified Oseen equation with rotating effect in Omega:
    D(t)u-Delta u + kD(3)u + M(a)u + del p = 0, div u = 0 in Omega x (0, infinity),
    (OS)
    u vertical bar partial derivative Omega = 0, u vertical bar(t=0) = f,
    where Omega is an exterior domain in R-3, M(a)u = -a(e(3) x x). del u + ae(3) x u, x = (x(1),x(2),x(3))is an element of R-3 and e(3) = (0, 0, 1). This problem arises from a linearization of the Navier Stokes equations describing an incompressible viscous fluid flow past a rotating obstacle. If 1 &lt; q &lt; infinity and initial data f satisfies the conditions: f is an element of W-q(2)(Omega), div f = 0 in Omega, f vertical bar partial derivative Omega = 0 and M(a)f is an element of L-q(Omega), then problem (OS) admits a unique solution (u(t), p(t)) which satisfies the following conditions:
    u(t) is an element of C-1([0, infinity), L-q (Omega)) boolean AND C-0, ([0, infinity), w(Q)(2) (Omega)), p (t) is an element of C-0([0, infinity), (W) over cap (1)(q)(Omega)),
    parallel to(u(t), t(1/2)del u(t), t del(2)u(t), del p(t))parallel to(Lq(Omega)) &lt;= C-a0,C-k0,C-gamma E-gamma t parallel to f parallel to(Lq(Omega)) ,
    t((1/2)-(1+q)))parallel to-p(t) parallel to(Lq(Omega b)) &lt;= C-a0,E-k0,b,gamma(gamma t)parallel to f parallel to(Lq(Omega)),
    parallel to D(t)u(t)parallel to(Lq(Omega)) + parallel to u(t)parallel to (Wq2(Omega)) + parallel to del p(t)parallel to(Lq(Omega)) &lt;=
    C-a0,k(0,gamma)E(gamma t) (parallel to f parallel to(Wq2(Omega)) + parallel to M(a)f parallel to(Lq(Omega)))
    for any t &gt; 0 and large positive gamma, where b is any number such that B-b superset of R-3 \ Omega and Omega(b) = B-b boolean AND Omega with B-b = {x is an element of R-3 vertical bar vertical bar x vertical bar &lt; b}. The estimate for pressure term p is new and important for further researches of the corresponding full nonlinear problem. We also prove the generation of a continuous semigroup associated with problem (OS), which has been announced in Shibata [20, Theorem 1.1]. The result

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    8
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    (Scopus)
  • On the L-p analytic semigroup associated with the linear thermoelastic plate equations in the half-space

    Yuka Naito, Yoshihiro Shibata

    JOURNAL OF THE MATHEMATICAL SOCIETY OF JAPAN   61 ( 4 ) 971 - 1011  2009年10月  [査読有り]

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    The paper is concerned with linear thermoelastic plate equations in the half-space R-+(n) = {x = (x(1),...,x(n)) | x(n) &gt; 0}:
    u(tt) + Delta(2)u + Delta theta = 0 and theta(t) - Delta theta - Delta u(t) = 0 in R-+(n) x (0,infinity),
    subject to the boundary condition: u|(xn=0) = D(n)u(|xn=0) = theta|(xn=0) = 0 and initial condition: (u,D(t)u,theta)|(t=0) = (u(0),v(0) theta(0)) is an element of H-p = W-p,D(2) x L-p x L-p, where W-p,D(2) = {u is an element of W-p(2)| u|(xn=0) = D(n)u|(xn=0) = 0}. We show that for any p is an element of (1,infinity), the associated sernigroup {T(t)}(t &gt;= 0) is analytic in the underlying space H-p. Moreover, a solution (u, theta) satisfies the estimates:
    parallel to del(j)(del(2)u(.,t),u(t)(.t),theta(.t))parallel to(Lp(R+n)) &lt;= C(p,q)t(-j/2-n/2(1/p-1/q))parallel to(del(2)u(0),v(0),theta(0))parallel to(Lp(R+n)) (t &gt; 0)
    for j = 0, 1, 2 provided that 1 &lt; p &lt;= q &lt;= infinity when j = 0, 1 and that 1 &lt; p &lt;= q &lt;= infinity when j = 2, where del(j) stands for space gradient of order j.

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    9
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    (Scopus)
  • L (p) -L (q) Estimate of the Stokes Operator and Navier-Stokes Flows in the Exterior of a Rotating Obstacle

    Toshiaki Hishida, Yoshihiro Shibata

    ARCHIVE FOR RATIONAL MECHANICS AND ANALYSIS   193 ( 2 ) 339 - 421  2009年08月  [査読有り]

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    We consider the motion of a viscous fluid filling the whole three-dimensional space exterior to a rotating obstacle with constant angular velocity. We develop the L (p) -L (q) estimates and the similar estimates in the Lorentz spaces of the Stokes semigroup with rotation effect. We next apply them to the Navier-Stokes equation to prove the global existence of a unique solution which goes to a stationary flow as t -&gt; a with some definite rates when both the stationary flow and the initial disturbance are sufficiently small in L (3,a) (weak-L (3) space).

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    66
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    (Scopus)
  • L-p THEORY FOR THE LINEAR THERMOELASTIC PLATE EQUATIONS IN BOUNDED AND EXTERIOR DOMAINS

    Robert Denk, Reinhard Racke, Yoshihiro Shibata

    ADVANCES IN DIFFERENTIAL EQUATIONS   14 ( 7-8 ) 685 - 715  2009年07月  [査読有り]

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    The paper is concerned with linear thermoelastic plate equations in a domain Omega:
    u(tt) + Delta(2)u + Delta theta = 0 and theta(t) - Delta theta - Delta u(t) = 0 in Omega x (0, infinity),
    subject to the Dirichlet boundary condition u|(Gamma) = D(nu)u|(Gamma) = theta|(Gamma) = 0 and initial condition (u, u(t), theta)|(t=0) = (u(0),v(0),theta(0)) is an element of W-p,D(2)(Omega) x L-p x L-p. Here, Omega is a bounded or exterior domain in R-n (n &gt;= 2). We assume that the boundary Gamma of Omega is a C-4 hypersurface and we define W-p,D(2) by the formula W-p,D(2) = {u is an element of W-p(2) : u|(Gamma) = D(nu)u|(Gamma) = 0}. We show that, for any p is an element of (1, infinity), the associated semigroup {T(t)}(t &gt;= 0) is analytic. Moreover, if Omega is bounded, then {T(t)}(t &gt;= 0) is exponentially stable.

  • On a resolvent estimate of the Stokes system in a half space arising from a free boundary problem for the Navier-Stokes equations

    Y. Shibata, S. Shimizu

    MATHEMATISCHE NACHRICHTEN   282 ( 3 ) 482 - 499  2009年03月  [査読有り]

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    In this paper we consider a resolvent problem of the Stokes operator with some boundary condition in the half space, which is obtained as a model problem arising in evolution free boundary problems for viscous, incompressible fluid flow. We show standard resolvent estimates in the L(q) framework (1 &lt; q &lt; infinity), applying some kernel estimates to concrete solution formulas. The Volevich trick in [21] plays a fundamental role in estimating solutions. (C) 2009 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

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    9
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    (Scopus)
  • On the L-p.-L-q maximal regularity of the Neumann problem for the Stokes equations in a bounded domain

    Yoshihiro Shibata, Senjo Shimizu

    JOURNAL FUR DIE REINE UND ANGEWANDTE MATHEMATIK   615   157 - 209  2008年02月  [査読有り]

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    In this paper, we prove the L-p-L-q maximal regularity of solutions to the Neumann problem for the Stokes equations with non-homogeneous boundary condition and divergence condition in a bounded domain. The result was first stated by Solonnikov [ 17], but he assumed that p = q &gt; 3 and considered only the finite time interval case. In this paper, we consider not only the case: 1 &lt; P, q &lt; infinity but also the infinite time interval case. Especially, we obtain the L-p-L-q maximal regularity theorem with exponential stability on the infinite time interval.

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    87
    被引用数
    (Scopus)
  • On an LP approach to the stationary and nonstationary problems of the Ginzburg-Landau-Maxwell equations

    Takahiro Akiyama, Yoshihiro Shibata

    JOURNAL OF DIFFERENTIAL EQUATIONS   243 ( 1 ) 1 - 23  2007年12月  [査読有り]

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    In this paper, we Study a stationary and a nonstationary problem of the Ginzburg-Landau-Maxwell equations with Coulomb gauge in the LP framework. First we prove a unique existence of stationary solution near the constant state with a small external magnetic field. Moreover, we prove a globally in time existence of solutions to the time dependent Ginzburg-Landau-Maxwell equations with simill initial data and external magnetic field, and we show its convergence to the corresponding stationary Solution when time tends to infinity. The key of our approach iS to use various L-p-L-q estimates of the analytic sernigrOUP generated by the linearized problem. Especially our initial data belong to L-3 without any additional regularity. (c) 2005 Published by Elsevier Inc.

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    2
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    (Scopus)
  • On a generalized resolvent estimate for the Stokes system with Robin boundary condition

    Yoshihiro Shibata, Rieko Shimada

    JOURNAL OF THE MATHEMATICAL SOCIETY OF JAPAN   59 ( 2 ) 469 - 519  2007年04月  [査読有り]

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    We prove a generalized resolvent estimate of Stokes equations with nonhomogeneous Robin boundary condition and divergence condition in the L-q framework (1 &lt; q &lt; infinity) in. a domain of R-n (n &gt;= 2) that is a bounded domain or the exterior of a bounded domain. The Robin condition consists of two conditions: v (.) u = 0 and alpha u + beta(T(u,p)v - &lt; T(u,p)v, v &gt; v) = h on the boundary of the domain with alpha, beta &gt;= 0 and alpha + beta = 1, where u denotes a velocity vector, p a pressure, T(u, p) the stress tensor for the Stokes flow, and v the unit outer normal to the boundary of the domain. It presents the slip condition when 3 = 1 and the non-slip one when a = 1, respectively.

  • ON A FREE BOUNDARY PROBLEM FOR THE NAVIER-STOKES EQUATIONS

    Yoshihiro Shibata

    DIFFERENTIAL AND INTEGRAL EQUATIONS   20 ( 3 ) 241 - 276  2007年03月  [査読有り]

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    We consider a free boundary problem for the Navier-Stokes equation in R-n (n &gt;= 2). We prove a local in time unique existence theorem for any initial data and a global in time unique existence theorem for some small initial data. The problem we consider in this paper was already treated by V. Solonnikov [15]. But, recently in [10] we proved an L-p-L-q maximal regularity theorem for the Stokes equation with Neumann boundary condition which is a linearized version of the free boundary problem for the Navier-Stokes equation treated in this paper. Our proof is based on this theorem. Therefore our solution is obtained in the space W-q,p(2,1) (2 &lt; p &lt; infinity and n &lt; q &lt; infinity) while a solution in [15] is in W-q(2,1) = W-q,q(2,1) (n &lt; q &lt; infinity) Moreover, our proof of the global in time existence theorem is much simpler than [15], because in [10] we established a maximal regularity theorem on the whole time interval (0, infinity) with exponential stability. The results obtained in this paper were already announced in Shibata-Shimizu [11].

  • Rate of convergence of non-stationary flow to the steady flow of compressible viscous fluid

    Yoshihiro Shibata, Koumei Tanaka

    COMPUTERS & MATHEMATICS WITH APPLICATIONS   53 ( 3-4 ) 605 - 623  2007年02月  [査読有り]

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    We consider a compressible viscous fluid affected by external forces of general form which are small and smooth enough in suitable norms in R-3. In Shibata and Tanaka [Y. Shibata, K. Tanaka, On the steady flow of compressible viscous fluid and its stability with respect to initial disturbance, J. Math. Soc. Japan 55 (2003) 797-826], we proved the unique existence and some regularity of the steady flow and its globally in-time stability with respect to a small initial disturbance in the H-3 -framework. In this paper, we investigate the rate of the convergence of the non-stationary flow to the corresponding steady flow when the initial data are small enough in the H3 and also belong to L-6/5. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

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    30
    被引用数
    (Scopus)
  • Decay properties of the Stokes semigroup in exterior domains with Neumann boundary condition

    Yoshihiro Shibata, Senjo Shimizu

    JOURNAL OF THE MATHEMATICAL SOCIETY OF JAPAN   59 ( 1 ) 1 - 34  2007年01月  [査読有り]

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    In this paper, we obtain local energy decay estimates and L-p-L-q estimates of the solutions to the Stokes equations with Neumann boundary condition which is obtained as a linearized equation of the free boundary problem for the Navier-Stokes equations. Comparing with the non-slip boundary condition case, we have a better decay estimate for the gradient of the semigroup because of the null force at the boundary.

  • A Stokes approximation of two dimensional exterior Oseen flow near the boundary

    岡村光弘, 柴田良弘, 山口範和

    In Asymptotic analysis and singularities--hyperbolic and dispersive PDEs and fluid mechanics   volume 47 of Adv. Stud. Pure Math   273 - 289  2007年

    CiNii

  • L p-L q maximal regularity and viscous incompressible flows with free surface

    Yoshihiro Shibata, Senjo Shimizu

    Proceedings of the Japan Academy Series A: Mathematical Sciences   81 ( 9 ) 151 - 155  2005年11月  [査読有り]

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    We prove the L p-L q maximal regularity of solutions to the Neumann problem for the Stokes equations with non-homogeneous boundary condition and divergence condition in a bounded domain. And as an application, we consider a free boundary problem for the Navier-Stokes equation. We prove a locally in time unique existence of solutions to this problem for any initial data and a globally in time unique existence of solutions to this problem for some small initial data.

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    12
    被引用数
    (Scopus)
  • On the rate of decay of the Oseen semigroup in exterior domains and its application to Navier-Stokes equation

    Y Enomoto, Y Shibata

    JOURNAL OF MATHEMATICAL FLUID MECHANICS   7 ( 3 ) 339 - 367  2005年08月  [査読有り]

    DOI

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    46
    被引用数
    (Scopus)
  • ON THE STOKES AND NAVIER-STOKES EQUATIONS IN A PERTURBED HALF-SPACE

    Takayuki Kubo, Yoshihiro Shibata

    ADVANCES IN DIFFERENTIAL EQUATIONS   10 ( 6 ) 695 - 720  2005年06月  [査読有り]

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    We discuss L-p-L-q type estimates of the Stokes semigroup and their application to the Navier-Stokes equation in a perturbed half-space. Especially, we have the L-p-L-q type estimate of the gradient of the Stokes semigroup for any p and q with 1 &lt; p &lt;= q &lt; infinity, while the same estimate holds only for the exponents p and q with 1 &lt; p &lt;= q &lt;= n in the exterior domain case, where n denotes the space dimension, and, therefore, we can get better results concerning the asymptotic behaviour of solutions to the Navier-Stokes equations compared with the exterior domain case.
    Our proof of the L-p-L-q type estimate of the Stokes semigroup is based on the local energy decay estimate obtained by investigation of the asymptotic behavior of the Stokes resolvent near the origin. The order of asymptotic expansion of the Stokes resolvent near the origin is one half better compared with the exterior domain case, because we have the reflection principle on the boundary in the half-space case unlike the whole space case, and, then, such better asymptotics near the boundary are also obtained in the perturbed half-space by a perturbation argument. This is one of the reasons why the result in the perturbed half-space case is essentially better compared with the exterior domain case.

  • Uniform estimates in the velocity at infinity for stationary solutions to the Navier-Stokes exterior problem

    Yoshihiro Shibata, Masao Yamazaki

    Japanese Journal of Mathematics   31 ( 2 ) 225 - 279  2005年

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    This paper is concerned with the stationary Navier-Stokes equations in exterior domains of dimension n ≥ 3, and provides a sufficient condition on the external force for the unique solvability. This condition is valid both in the case with small but nonzero velocity at infinity, and in the case with zero velocity at infinity. As a result it is proved that, if the external force satisfies this condition, the solution with nonzero velocity at infinity converges to the solution with zero velocity at infinity with respect to the weak-∗ topology of appropriate function spaces.© 2005, The Mathematical Society of Japan. All rights reserved.

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    15
    被引用数
    (Scopus)
  • On a Resolvent Estimate of a System of Laplace Operators with Perfect Wall Condition

    T. Akiyama, H. Kasai, Y. Shibata, M. Tsutsumi

    FUNKCIALAJ EKVACIOJ-SERIO INTERNACIA   47 ( 3 ) 361 - 394  2004年12月  [査読有り]

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    This paper is concerned with the study of the system of Laplace operators with perfect wall condition in the L-p framework. Our study includes a bounded domain, an exterior domain and a domain having noncompact boundary such as a perturbed half space. A direct application of our study is to prove the analyticity of the semigroup corresponding to the Maxwell equation of parabolic type, which appears as a linearized equation in the study of the nonstationary problem concerning the Ginzburg-Landau-Maxwell equation describing the Ginzburg-Landau model for superconductivity, the magnetohydrodynamic equation and the Navier-Stokes equation with Neumann boundary condition. And also, our theory is applicable to some solvability of the stationary problem of these nonlinear equations in the L-p framework.

  • On a resolvent problem for the linearized system from the dynamical system describing the compressible viscous fluid motion

    Y Shibata, K Tanaka

    MATHEMATICAL METHODS IN THE APPLIED SCIENCES   27 ( 13 ) 1579 - 1606  2004年09月  [査読有り]

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    The linearized initial boundary value problem describing the motion of the viscous compressible fluid is studied under Dirichlet zero condition in bounded and unbounded domains. The resolvent estimate for the corresponding operator is proved in the L, framework and the sharp inner estimate of the resolvent set is obtained. Copyright (C) 2004 John Wiley Sons, Ltd.

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    19
    被引用数
    (Scopus)
  • On some properties of solutions to the Stokes equation in the half-space and perturbed half-space

    久保隆徹, 柴田良弘

    In Dispersive nonlinear problems in mathematical physics   volume 15 of Quad. Mat   149 - 220  2004年

    CiNii

  • Local energy decay of solutions to the Oseen equation in the exterior domains

    Y Enomoto, Y Shibata

    INDIANA UNIVERSITY MATHEMATICS JOURNAL   53 ( 5 ) 1291 - 1330  2004年  [査読有り]

     概要を見る

    In this paper, we prove a local energy decay of the Oseen semigroup in the n-dimensional exterior domain (n greater than or equal to 3). In the three dimensional exterior domain case, Kobayashi and Shlbata [16] already proved the local energy decay. Our theorem is not only an extension of the results due to Kobayashi and Shlbata to the n-dimensional case but also the complete study of the local energy decay theorem for the Oseen equation with optimal time decay rates. The local energy decay gives us a crucial step to obtain the L-p-L-q estimates of the Oseen semigroup, which enable us to prove the unique existence of globally in time solutions to the Navier-Stokes equation in an exterior domain with small initial data in the L-n framework, and their properties of time decay.

  • On the decay of solutions to the 2D Neumann exterior problem for the wave equation

    P Secchi, Y Shibata

    JOURNAL OF DIFFERENTIAL EQUATIONS   194 ( 1 ) 221 - 236  2003年10月  [査読有り]

     概要を見る

    We consider the exterior problem in the plane for the wave equation with a Neumann boundary condition and study the asymptotic behavior of the solution for large times. For possible application we are interested to show a decay estimate which does not involve weighted norms of the initial data. In the paper we prove such an estimate, by a combination of the estimate of the local energy decay and decay estimates for the free space solution. (C) 2003 Elsevier Inc. All rights reserved.

    DOI

    Scopus

    6
    被引用数
    (Scopus)
  • On the steady flow of compressible viscous fluid and its stability with respect to initial disturbance

    Y Shibata, K Tanaka

    JOURNAL OF THE MATHEMATICAL SOCIETY OF JAPAN   55 ( 3 ) 797 - 826  2003年07月  [査読有り]

     概要を見る

    We consider a compressible viscous fluid effected by general form external force in R-3. In part 1, an analysis of the linearized problem based on the weighted-L-2 method implies a condition on the external force for the existence and some regularities of the steady flow. In part 2, we study the stability of the steady flow with respect to the initial disturbance. What we proved is: if H-3-norm of the initial disturbance is small enough, then the solution to the non-stationary problem exists uniquely and globally in, time.

  • On a resolvent estimate of the interface problem for the Stokes system in a bounded domain

    Y Shibata, S Shimizu

    JOURNAL OF DIFFERENTIAL EQUATIONS   191 ( 2 ) 408 - 444  2003年07月  [査読有り]

     概要を見る

    Obtained is the L-p estimate of solutions to the resolvent problem for the Stokes system with interface condition in a bounded domain in R-n. It is the first step to consider the free boundary value problem. (C) 2003 Elsevier Science (USA). All rights reserved.

    DOI

    Scopus

    31
    被引用数
    (Scopus)
  • On a generalized resolvente estimate of the Stokes equation on an infinite layer, Part 1λ> 0 case

    阿部孝之, 柴田良弘

    Journal of Mathematical Society of Japan   55 ( 2 ) 469 - 497  2003年04月  [査読有り]

  • On a generalized resolvent estimate of the Stokes equation on an infinite layer, Part 2 λ = 0 case

    阿部孝之, 柴田良弘

    Journal of Mathematical Fluid Mechanics   5巻 ( 3号 ) 245 - 274  2003年

    CiNii

  • Time-global solutions of nonlinear evolution equations and their stability

    柴田良弘

    Selected papers on analysis and differential equations   volume 211 of Amer. Math. Soc. Transl. Ser.2   87 - 105  2003年

  • On a resolvent estimate for the Stokes system with Neumann boundary condition

    柴田良弘, 清水扇丈

    Differential Integral Equations   16巻 ( 4号 ) 385 - 426  2003年

    CiNii

  • Remark on the rate of decay of solutions to linearized compressible Navier-Stokes equations

    T Kobayashi, Y Shibata

    PACIFIC JOURNAL OF MATHEMATICS   207 ( 1 ) 199 - 234  2002年11月  [査読有り]

     概要を見る

    We consider the L-p-L-q estimates of solutions to the Cauchy problem of linearized compressible Navier-Stokes equation. Especially, we investigate the diffusion wave property of the compressible Navier-Stokes flows, which was studied by D. Hoff and K. Zumbrum and Tai- P. Liu and W. Wang.

  • On a stability theorem of the Navier-Stokes equation in a three dimansional exterior domain

    柴田良弘

    数理解析研究所講究録(Tosio Kato's method principle for evolution equations in mathematical physics, Sapporo, 2001)   1234巻   146 - 172  2001年

     概要を見る

    Tosio Kato's method and principle for evolution equations in mathematical physics (Sapporo, 2001)

  • A decay property of the Fourier transform and its application to the Stokes problem

    柴田良弘, 清水扇丈

    J. Math. Fluid Mech   3巻 ( 3号 ) 213 - 230  2001年

    CiNii

  • On an exterior initial boundary value problem for Navier-Stokes equations

    Y Shibata

    QUARTERLY OF APPLIED MATHEMATICS   57 ( 1 ) 117 - 155  1999年03月  [査読有り]

  • Decay estimates of solutions for the equations of motion of compressible viscous and heat-conductive gases in an exterior domain in R-3

    T Kobayashi, Y Shibata

    COMMUNICATIONS IN MATHEMATICAL PHYSICS   200 ( 3 ) 621 - 659  1999年02月  [査読有り]

     概要を見る

    We consider the equations of motion of compressible viscous and heat-conductive gases in an exterior domain in R-3. We give the L-q-L-p estimates fur solutions to the linearized equations and show an optimal decay estimate for solutions to the nonlinear problem.

  • On the L-q-L-r estimates of the Stokes semigroup in a two dimensional exterior domain

    W Dan, Y Shibata

    JOURNAL OF THE MATHEMATICAL SOCIETY OF JAPAN   51 ( 1 ) 181 - 207  1999年01月  [査読有り]

     概要を見る

    We proved L-q - L-r type estimates of the Stokes semigroup in a two dimensional exterior domain. Our proof is based on the local energy decay estimate obtained by investigation of the asymptotic behavior of the resolvent of the Stokes operator near the origin.

  • On the local energy decay approach to some fluid flow in an exterior domain

    檀和歌子, 小林孝行, 柴田良弘

    Recent topics on mathematical theory of viscous incompressible fluid   volume 16 of Lecture Notes Numer. Appl. Anal.   1 - 51  1998年

  • On the Oseen equation in the three dimensional exterior domains

    T Kobayashi, Y Shibata

    MATHEMATISCHE ANNALEN   310 ( 1 ) 1 - 45  1998年01月  [査読有り]

  • On a Decay Rate of Solutions to One-Dimensional Thermoelastic Equations on a Half Line; Linear Part

    柴田良弘

    Advances in Nonlinear Partial Differential Equations and Stochastics   48   198 - 291  1998年

    CiNii

  • A linear thermoelastic plate equation with dirichlet boundary condition

    JEM Rivera, Y Shibata

    MATHEMATICAL METHODS IN THE APPLIED SCIENCES   20 ( 11 ) 915 - 932  1997年07月  [査読有り]

     概要を見る

    We consider the initial-boundary value problem for a linear thermoelastic plate equation and we prove that the energy associated to the system decays exponentially to zero as time goes to infinity. (C) 1997 by B. G. Teubner Stuttgart-John Wiley & Sons Ltd.

  • On the global existence and convergence to steady state Navier-Stokes flow past an obstacle that is started from rest

    GP Galdi, JG Heywood, Y Shibata

    ARCHIVE FOR RATIONAL MECHANICS AND ANALYSIS   138 ( 4 ) 307 - 318  1997年  [査読有り]

     概要を見る

    A new approach to the existence theory for the Navier-Stokes equations, using a technique of KATO [15], further developed in combination with estimates for Oseen's equation by KOBAYASHI & SHIBATA [17] and SHIBATA [24], has made possible the solution of a long-standing open problem often referred to as Finn's ''starting problem''. This paper provides the solution.

  • GLOBAL IN TIME EXISTENCE OF SMALL SOLUTIONS OF NONLINEAR THERMOVISCOELASTIC EQUATIONS

    Y SHIBATA

    MATHEMATICAL METHODS IN THE APPLIED SCIENCES   18 ( 11 ) 871 - 895  1995年09月  [査読有り]

     概要を見る

    We prove a global in time existence theorem of classical solutions of the initial boundary value problem For a non-linear thermoviscoelastic equation in a bounded domain for very smooth initial data, external forces and heat supply which are very close to a specific constant equilibrium state. Our proof is a combination of a local in time existence theorem and some a priori estimates of local in time solutions. Such a priori estimates are proved basically for suitable linear problems by using some multiplicative techniques. An exponential stability of the constant equilibrium state also follows from our proof of the existence and regularity theorems.

  • On compatible regularizing data for second order hyperbolic initial-boundary value problems

    A Milani, Y Shibata

    OSAKA JOURNAL OF MATHEMATICS   32 ( 2 ) 347 - 362  1995年06月  [査読有り]

  • On a local energy decay of solutions of a dissipative wave equation

    檀和歌子, 柴田良弘

    Funkcial Ekvacoj.   38巻 ( 3号 ) 545 - 568  1995年

  • On the Neumann problem of one—dimensional nonlinear thermoelasticity with time--independent external force

    川島秀一, 柴田良弘

    Czechoslovak Mathematica Journal   45 ( 1 ) 39 - 67  1995年  [査読有り]

  • On the strong well--posedness of quasilinear hyperbolic initial--boundary value problems

    アルベルト・ミラニ, 柴田良弘

    Funkcial Ekvacoj.   38巻 ( 3号 ) 491 - 503  1995年

  • ON GLOBAL SOLVABILITY OF NONLINEAR VISCOELASTIC EQUATIONS IN THE ANALYTIC CATEGORY

    P DANCONA, Y SHIBATA

    MATHEMATICAL METHODS IN THE APPLIED SCIENCES   17 ( 6 ) 477 - 486  1994年05月  [査読有り]

     概要を見る

    We prove the global existence of analytic solutions to the non-linear viscoelastic equations of the following type: u(tt) = phi(\\del(x)u\\2)DELTAu + psi(\\D(x)beta1u\\2,...,\\D(x)betaN)\\)DELTAu(t), where phi and psi are continuous and non-negative functions satisfying some additional conditions. The method of the analytic energy estimates is used.

  • ON THE EXPONENTIAL DECAY OF THE ENERGY OF A LINEAR THERMOELASTIC PLATE

    Y SHIBATA

    COMPUTATIONAL & APPLIED MATHEMATICS   13 ( 2 ) 81 - 102  1994年  [査読有り]

     概要を見る

    The Neumann problem for the linear thermoelastic plate equations is studied in the bounded domain of any space dimensions. The exponential decay property is investigated as well as the existence theorem.

  • GLOBAL SOLVABILITY AND EXPONENTIAL STABILITY IN ONE-DIMENSIONAL NONLINEAR THERMOELASTICITY

    R RACKE, Y SHIBATA, SM ZHENG

    QUARTERLY OF APPLIED MATHEMATICS   51 ( 4 ) 751 - 763  1993年12月  [査読有り]

     概要を見る

    We are mainly concerned with the Dirichlet initial boundary value problem in one-dimensional nonlinear thermoelasticity. It is proved that if the initial data are close to the equilibrium then the problem admits a unique, global, smooth solution. Moreover, as time tends to infinity, the solution is exponentially stable. As a corollary we also obtain the existence of periodic solutions for small, periodic right-hand sides.

  • ON A GLOBAL IN TIME EXISTENCE THEOREM OF SMOOTH SOLUTIONS TO A NONLINEAR-WAVE EQUATION WITH VISCOSITY

    T KOBAYASHI, H PECHER, Y SHIBATA

    MATHEMATISCHE ANNALEN   296 ( 2 ) 215 - 234  1993年06月  [査読有り]

  • Global in time solvability of the initial boundary value problem for some nonlinear dissipative evolution equations

    柴田良弘

    Comment. Math. Univ. Carolinae   34巻 ( 2号 ) 295 - 312  1993年

    CiNii

  • GLOBAL EXISTENCE AND EXPONENTIAL STABILITY OF SMALL SOLUTIONS TO NONLINEAR VISCOELASTICITY

    S KAWASHIMA, Y SHIBATA

    COMMUNICATIONS IN MATHEMATICAL PHYSICS   148 ( 1 ) 189 - 208  1992年08月  [査読有り]

     概要を見る

    The global existence of smooth solutions to the equations of nonlinear hyperbolic system of 2nd order with third order viscosity is shown for small and smooth initial data in a bounded domain of n-dimensional Euclidean space with smooth boundary. Dirichlet boundary condition is studied and the asymptotic behaviour of exponential decay type of solutions as t tending to infinity is described. Time periodic solutions are also studied. As an application of our main theorem, nonlinear viscoelasticity, strongly damped nonlinear wave equation and acoustic wave equation in viscous conducting fluid are treated.

  • GLOBAL SMOOTH SOLUTIONS AND ASYMPTOTIC STABILITY IN ONE-DIMENSIONAL NONLINEAR THERMOELASTICITY

    R RACKE, Y SHIBATA

    ARCHIVE FOR RATIONAL MECHANICS AND ANALYSIS   116 ( 1 ) 1 - 34  1991年  [査読有り]

     概要を見る

    The global existence of smooth solutions to the equations of nonlinear thermoelasticity is shown for a one-dimensional homogeneous reference configuration. Dirichlet boundary conditions are studied and the asymptotic behaviour of the solutions as t --&gt; infinity is described.

  • ON SOME NONLINEAR HYPERBOLIC SYSTEMS WITH DAMPING BOUNDARY-CONDITIONS

    Y SHIBATA, SM ZHENG

    NONLINEAR ANALYSIS-THEORY METHODS & APPLICATIONS   17 ( 3 ) 233 - 266  1991年  [査読有り]

  • SCATTERING-THEORY FOR THE ELASTIC WAVE-EQUATION

    Y SHIBATA, H SOGA

    PUBLICATIONS OF THE RESEARCH INSTITUTE FOR MATHEMATICAL SCIENCES   25 ( 6 ) 861 - 887  1989年12月  [査読有り]

  • WHISPERING GALLERY WAVES IN A NEIGHBORHOOD OF A HIGHER-ORDER ZERO OF THE CURVATURE OF THE BOUNDARY

    G NAKAMURA, Y SHIBATA, K TANUMA

    PUBLICATIONS OF THE RESEARCH INSTITUTE FOR MATHEMATICAL SCIENCES   25 ( 4 ) 605 - 629  1989年10月  [査読有り]

  • On the mixed problem for some quasi—linear hyperbolic system with fully nonlinear boundary condition

    菊池正弘, 柴田良弘

    J. Differential Equations   80 ( 1 ) 154 - 197  1989年07月  [査読有り]

  • On the Neumann problem for some linear hyperbolic systems of2nd order with coefficients in Sobolev spaces

    柴田良弘

    Tsukuba J. Math   13巻 ( 2号 ) 283 - 352  1989年

    CiNii

  • ON A LOCAL EXISTENCE THEOREM OF NEUMANN PROBLEM FOR SOME QUASILINEAR HYPERBOLIC SYSTEMS OF 2ND ORDER

    Y SHIBATA, G NAKAMURA

    MATHEMATISCHE ZEITSCHRIFT   202 ( 1 ) 1 - 64  1989年  [査読有り]

  • On a local existence theorem of Neumann prblem for some quasi--linear hyperbolic equations

    柴田良弘

    Calcul d'operateurs et fronts d'ondes   volume 29 of Travaux en cours   133 - 167  1988年

  • On the analyticity of spectral functions for some exterior boundary value problems

    岩下弘一, 柴田良弘

    Glasnik Math. Ser. III   23巻 ( 43 ) 291 - 313  1988年

    CiNii

  • On the Neumann problem for some linear hyperbolic systems of second order

    柴田良弘

    Tsukuba J. Math.   12巻 ( 1号 ) 149 - 209  1988年

    CiNii

  • LOCAL EXISTENCE OF SOLUTION FOR THE INITIAL BOUNDARY-VALUE PROBLEM OF FULLY NONLINEAR-WAVE EQUATION

    Y SHIBATA, Y TSUTSUMI

    NONLINEAR ANALYSIS-THEORY METHODS & APPLICATIONS   11 ( 3 ) 335 - 365  1987年03月  [査読有り]

  • On a local existence theorem for quasi—linear hyperbolic mixed problems with Neumann type boundary conditions

    中村玄, 柴田良弘

    Proc. Japan Acad. Ser. A Math. Sci.   62 ( 4 ) 117 - 120  1986年04月  [査読有り]

  • ON A GLOBAL EXISTENCE THEOREM OF SMALL AMPLITUDE SOLUTIONS FOR NONLINEAR-WAVE EQUATIONS IN AN EXTERIOR DOMAIN

    Y SHIBATA, Y TSUTSUMI

    MATHEMATISCHE ZEITSCHRIFT   191 ( 2 ) 165 - 199  1986年  [査読有り]

  • GLOBAL EXISTENCE THEOREM FOR NONLINEAR-WAVE EQUATION IN EXTERIOR DOMAIN

    Y SHIBATA, Y TSUTSUMI

    PROCEEDINGS OF THE JAPAN ACADEMY SERIES A-MATHEMATICAL SCIENCES   60 ( 1 ) 14 - 17  1984年  [査読有り]

  • Local existence of C∞solution for the initial--boundary value problem of fully nonlinear wave equation

    柴田良弘, 堤誉志男

    Proc. Japan Acad. Ser. A Math. Sci.   60 ( 5 ) 149 - 152  1984年  [査読有り]

  • On the global existence of classical solutions of second order fully nonlinear hyperbolic equations with first order dissipation in the exterior domain

    柴田良弘

    Tsukuba J. Math.   7巻 ( 1号 ) 1 - 68  1983年

    CiNii

  • Lower bounds of solutions of general boundary value problems for differential operators with constant coefficients in a half-space

    Yoshihiro Shibata

    Japanese journal of mathematics. New series   8 ( 2 ) 343 - 382  1982年

    DOI

    Scopus

  • On the global existence of classical solutions of mixed problem for some second order non--linear hyperbolic operators with dissipative term in the interior domain

    柴田良弘

    Funkcial. Ekvac.   25 ( 3 ) 303 - 345  1982年

    CiNii

  • Lower bounds at infinity of solutions of differential equations with constant coefficients in unbounded domains

    柴田良弘

    Singularities in boundary value problems   volume 65 of NATO Adv. Study Inst. Ser., Ser. C: Math. Phys. Sci.   213 - 234  1981年

  • EPSILON-WELL POSEDNESS OF MIXED INITIAL-BOUNDARY VALUE-PROBLEMS WITH CONSTANT-COEFFICIENTS IN A QUARTER SPACE

    Y SHIBATA

    JOURNAL D ANALYSE MATHEMATIQUE   37   32 - 45  1980年  [査読有り]

  • E-WELL POSEDNESS OF MIXED INITIAL-BOUNDARY VALUE-PROBLEM WITH CONSTANT-COEFFICIENTS IN A QUARTER SPACE .2.

    Y SHIBATA

    PROCEEDINGS OF THE JAPAN ACADEMY SERIES A-MATHEMATICAL SCIENCES   56 ( 7 ) 318 - 320  1980年  [査読有り]

  • Liouville type theorem for a system {P(D), B_j(D), j = 1, … , p} of differential operators with constant coefficients in a half--space

    柴田良弘

    Publ. RIMS Kyoto Univ.,   16巻   61 - 104  1980年

  • A characterization of the hyperbolic mixed problems in a quarter space for differential operators with constant coefficients

    柴田良弘

    Publ. RIMS Kyoto Univ.   15巻   357 - 399  1979年

  • Lower bounds at infinity of solutions of partial differential equaitons in the exterior of a proper cone

    村田實, 柴田良弘

    Israel J. Math.   31巻 ( 2号 ) 193 - 203  1978年

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書籍等出版物

  • 流体数学の基礎 上・下

    柴田良弘( 担当: 単著)

    岩波書店  2022年03月

  • Fluids under pressure

    ( 担当: 分担執筆,  担当範囲: 3章執筆 柴田良弘 , 齋藤平和)

    2020年 ISBN: 9783030396381

  • Mathematical analysis of the Navier-Stokes equations, Cetraro, Italy 2017

    ( 担当範囲: 3章執筆 柴田良弘)

    2020年 ISBN: 9783030362256

  • 非線形偏微分方程式

    柴田, 良弘, 久保, 隆徹( 担当: 共著)

    朝倉書店  2012年01月 ISBN: 9784254117714

  • ベクトル解析から流体へ

    垣田高夫, 柴田良弘

    日本評論社  2007年07月

  • ルベーグ積分論

    柴田良弘

    内田老鶴圃  2006年01月

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講演・口頭発表等

  • R-有界性理論による最大正則性原理とNavier-Stokes方程式の自由境界問題

     [招待有り]

    集中講義, チェコカガクアカデミィ  

    発表年月: 2023年05月

  • R-solver による最大正則性原理とNavier-Stokes方程式の自由境界問題

    柴田良弘  [招待有り]

    Birkhauser Distinguished Lecture, https://www.waseda.jp/fsci/mathphys/news-en/16316  

    発表年月: 2022年12月

  • Global well posedness for two phase problem of Navier-Stokes equations in unbounded domains

    柴田良弘

    International Workshop on Multiphase Flows: Analysis, Modelling and Numerics  

    発表年月: 2021年11月

    開催年月:
    2021年11月
    -
    2021年12月
  • New thought on Matsumura-Nishida theory in the Lp-Lq maximal regularity framework

    柴田良弘

    Fluid under Control/Summer School 2021  

    発表年月: 2021年08月

    開催年月:
    2021年08月
     
     
  • Matsumura and Nishida theorem in the maximal Lp-Lq regularity framework

    柴田良弘  [招待有り]

    International Workshop on Recent Advances in Nonlinear Partial Differencial Equations  

    発表年月: 2021年06月

  • R-solver, Maximal Regularity and Mathematical Fluid Dynamics

    柴田良弘  [招待有り]

    Necas Center での偏微分方程式セミナー  

    発表年月: 2021年05月

  • R-bounded solution operators and mathematical fluid dynamics

    Yoshihiro Shibata

    A lecture series on mathematical fluid dynamics in Waseda  

    発表年月: 2021年03月

    開催年月:
    2021年03月
     
     
  • R-bounded solution operators and mathematical fluid dynamics

    Yoshihiro Shibata

    Fudan International Seminar on Analysis, PDEs, and Fluid Mechanics  

    発表年月: 2021年01月

    開催年月:
    2021年01月
     
     
  • R-solver and periodic solutions of the Navier-Stokes equations

    非圧縮性粘性流体の数理解析, RIMS共同研究(公開型)  

    発表年月: 2019年11月

    開催年月:
    2019年11月
     
     
  • On the R-solver and periodic solutions of the Navier-Stokes equations

    Y. Shibata  [招待有り]

    Inhomogeneous Flows: Asymptotic Models and Interfaces Evolution  

    発表年月: 2019年09月

    開催年月:
    2019年09月
     
     
  • Navier-Stokes-Korteweg 方程式の全空間における時間大域的適切性について

    柴田良弘

    日本数学会   (岡山大学) 

    発表年月: 2018年09月

  • 2 phase problem for the Navier-Stokes equations in the whole space

    柴田良弘

    Mathflows2018   (Porquerolles) 

    発表年月: 2018年09月

  • 2 phase problem for the Navier-Stokes equations in the whole space

    柴田良弘

    PDEs and Mathematical Hydrodynamics in Honor of Vsevolod Alekseevich Solonnikov’s 85’th Birthday   (Euler Inetenational Mathematical Institute, St. Petersburg) 

    発表年月: 2018年07月

  • On some free boundary problem for the Navier-Stokes equations

    柴田良弘

    Workshop on Mathematical Fluid Dynamics in Bad Boll   (Bad Boll) 

    発表年月: 2018年05月

  • Global wellposedness for a Q tensor model of incompressible Nematic liquid Crystals in RN

    柴田良弘

    日本数学会   (東京大学) 

    発表年月: 2018年03月

  • 表面張力付き自由境界問題について

    柴田良弘

    日本数学会   (東京大学) 

    発表年月: 2018年03月

  • Free boundary problem for incompressible viscous fluid flows with surface tension

    柴田良弘

    第10回名古屋微分方程式研究集会   (名古屋大学多元数理科学棟509号室) 

    発表年月: 2018年03月

  • Maximal regularity and free boundary problem for the Navier-Stokes equations

    柴田良弘

    第15回日独流体数学国際研究集会   (早稲田大学西早稲田キャンパス) 

    発表年月: 2018年01月

  • On the Navier-Stokes-Korteweg equations

    柴田良弘

    International Workshop on the Multi-Phase Flow; Analysis, Modelling and Numerics   (早稲田大学西早稲田キャンパス) 

    発表年月: 2017年11月

  • Global well-posedness for the two components flow

    柴田良弘

    日本数学会   (山形大学) 

    発表年月: 2017年09月

  • Local well-posedness for the two components flow

    柴田良弘

    日本数学会   (山形大学) 

    発表年月: 2017年09月

  • Local well-posedness for the magnetohydrodynamics in the different two liquies case

    柴田良弘

    日本数学会   (山形大学) 

    発表年月: 2017年09月

  • Maximal Lp-Lq regularity theorem for the linearized electro-magnetic field equations

    柴田良弘

    日本数学会   (山形大学) 

    発表年月: 2017年09月

  • Two phase problem for the Navier-Stokes equations

    柴田良弘

    RIMS Workshop on Mathematical Analysis in Fluid and Gas Dynamics   (RIMS, Kyoto University) 

    発表年月: 2017年07月

  • Free boundary problem for the Navier-Stokes equations

    柴田良弘

    Lothar Collatz Kolloquium   (Hamburg University) 

    発表年月: 2017年05月

  • Local and Global wellposedness of two component flow

    柴田良弘

    Analysis Day   (TU Darmstadt) 

    発表年月: 2017年05月

  • Global well-posedness for one phase and two phase problem for the Navier-Stokes equations in unbounded domains

    柴田良弘

    Geophysical Fluid Dynamics   (Mathematical Research Institute of Oberwolfach) 

    発表年月: 2017年05月

  • Global well-posedness for the free boundary problem of the Navier-Stokes equations in an exterior domain

    柴田良弘

    日本数学会   (首都大学東京) 

    発表年月: 2017年03月

  • On Lp-Lq decay estimate for Stokes equations with free boundary condition in an exterior domain

    柴田良弘

    日本数学会   (首都大学東京) 

    発表年月: 2017年03月

  • On some free boundary problem for the Navier-Stokes equations

    柴田良弘

    Oberseminar Partielle Differentialgleichungen   (Fachbereich Mathematik und Statistik, Universitat Konstantz) 

    発表年月: 2017年03月

  • 混相流について

    柴田良弘

    数学協働プログラム「ワークショップ」(工学と現代数学の接点を求めて(2))   (大阪大学) 

    発表年月: 2016年12月

  • On some free boundary problem for the Navier-Stokes equations

    柴田良弘

    International workshop on the multi-phase flow; Analysis, Modelling and Numerics   (早稲田大学) 

    発表年月: 2016年11月

  • On some free boundary problem for the viscous fluid flow

    柴田良弘

    International workshop on New trends in Partial Differential Equations   (Centro De Giorgi, Scuola Normale, Pisa) 

    発表年月: 2016年10月

  • Free boundary problem for the Navier-Stokes equation

    柴田良弘

    日本数学会   (関西大学) 

    発表年月: 2016年09月

  • 外部領域におけるNavier-Stokes 方程式の自由境界問題について

    柴田良弘

    日本数学会   (首都大学東京) 

    発表年月: 2016年09月

  • Free boundary problem for the Navier-Stokes equations in an exterior domain,

    柴田良弘

    International Conference on PDE, Toward Regularity   (Polish Academy of Scineces) 

    発表年月: 2016年09月

  • Free boundary problem for the Navier Stoke equations

    柴田良弘

    Summer School 2016   (Necas Center for Mathematical Modelling) 

    発表年月: 2016年08月

  • On some free boundary problem for the viscous fluid flow,

    柴田良弘

    Mathematical Analysis for Stability in Nonlinear Dynamics, In honor of Prof. Vladimir Georgiev on his 60th birthday   (北海道大学) 

    発表年月: 2016年08月

  • 圧縮性粘性流体に対する時間大域解の一意存在について

    柴田良弘

    日本数学会   (筑波大学) 

    発表年月: 2016年03月

  • On a global well-posedness for the free boundary problem of the Navier- Stokes equations

    柴田良弘

    Free Boundary Problems in Fluid and Plasma Dynamics   (奈良女子大学理学部数学科) 

    発表年月: 2016年02月

  • A Modelling of some two phase problem

    柴田良弘

    第33回九州における偏微分方程式研究集会   (九州大学) 

    発表年月: 2016年01月

  • Two Phase Problems for Viscous Fluids

    柴田良弘

    Classic and Stochstic Geometric Mechanics, Winter School at Imperial College   (Imperial College of London) 

    発表年月: 2016年01月

  • Lp-Lq 最大正則性原理と粘性流体の自由境界問題

    柴田良弘

    研究集会「微分方程式の総合的研究」特別講演   (東京大学大学院数理科学研究科大講義室) 

    発表年月: 2015年12月

  • On some two phase problem with surface tension

    柴田良弘

    名古屋大学微分方程式セミナー   (名古屋大学多元数理研究科) 

    発表年月: 2015年12月

  • Global well-posedness of some free boundary problem for the Navier-Stokes equations in an exterior domain

    柴田良弘

    International Conference SPP 1506 Transport Processes at fluidic Interface, IRTG 1529 Mathematical Fluid Dynamics   (Technical University of Darmstadt) 

    発表年月: 2015年10月

  • Global well-posedness of a free boundary problem for the Navier-Stokes equations in Lp-Lq framework,

    柴田 良弘

    日本数学会   (京都産業大学) 

    発表年月: 2015年09月

  • Global well-posedness for some two phase problem: compressible - compressible case

    柴田良弘

    日本数学会   (京都産業大学) 

    発表年月: 2015年09月

  • The global well-posedness for the compressible viscous fluid flow in 3D exterior domains

    柴田良弘

    Mathflows 2015   (Porquerolles) 

    発表年月: 2015年09月

  • Two phase problem

    柴田良弘

    Mathematical Fluid Mechanics, Old Problems, New Trends   (Banach Center, Bedlewo) 

    発表年月: 2015年08月

  • On the global wellposedness of strong dynamics of compressible Nematic liquid crystals in RN

    柴田 良弘

    日本数学会   (明治大学) 

    発表年月: 2015年03月

  • On strong dynamics of compressible Nematic liquid crystals

    柴田 良弘

    日本数学会   (明治大学) 

    発表年月: 2015年03月

  • On the Lp-Lq maximal regularity theorem arising in the study of the compressible-incompressible two phase flow with phase transition

    柴田 良弘

    日本数学会   (明治大学) 

    発表年月: 2015年03月

  • Local well-posedness of compressible-incompressible with phase transitions

    柴田 良弘

    日本数学会   (明治大学) 

    発表年月: 2015年03月

  • On the maximal Lp-Lq regularity for the operator in the study of the viscous fluid flow in unbounded domains

    柴田 良弘

    Shanks Workshop on Mathematical Aspects of Fluid Dynamics   (Vanderbilt University) 

    発表年月: 2015年02月

  • On the maximal Lp-Lq regularity for the operator in the study of viscous fluid flow in unbounded domains

    柴田良弘

    Shanks Workshop on Mathematical Aspects of Fluid Dynamics   (Vanderbilt University) 

    発表年月: 2015年02月

  • On the maximal Lp-Lq regularity for the operator in the study of viscous fluid flow in unbounded domains

    柴田 良弘

    Analysis semior organized by Prof. P. Galdi   (Pittsburgh University) 

    発表年月: 2015年02月

  • On a global well-posedness of strong dynamics of Incompressible Nematic Liquid Crystal in RN

    柴田 良弘

    Autumn School and Workshop on Mathematical Fluid Dynamics   (Bad Boll) 

    発表年月: 2014年10月

  • Local and Global well-posedness of the compressible-incompressible two phase problem, without surface tension and phase transition case

    柴田 良弘

    日本数学会   (広島大学) 

    発表年月: 2014年09月

  • Maximal Lp-Lq regularity of the compressible-incompressible two phase problem, without surface tension and phase transition case

    柴田 良弘

    日本数学会   (広島大学) 

    発表年月: 2014年09月

  • On the 2 phase problem including the phase transition

    柴田 良弘

    The 39th Sapporo Symposium on PDE   (北海道大学) 

    発表年月: 2014年08月

  • On some two phase free boundary problem for compressible viscous fluid flow

    柴田 良弘

    The 10th AIMS International Conference on Dynamical Systems, Differential Equations and Applications   (Universidad Complutense de Madred) 

    発表年月: 2014年07月

  • Compressible and incompressible two phase problem including the phase transition problem

    柴田 良弘

    熊本大学応用解析セミナー   (熊本大学) 

    発表年月: 2014年06月

  • Compressible and incompressible two phase problem including the phase transition problem

    柴田 良弘

    独立行政法人日本学術振興会日独共同大学院プログラム   (早稲田大学西早稲田キャンパス63号館) 

    発表年月: 2014年06月

  • On some two phase problem – incompressible and compressible viscous flows separated by sharp interface

    柴田 良弘

    Conference on Fluid Dynnamics and Electromagnetism   (Bellavista Relax Motel in Levico Terme, Trento Italy) 

    発表年月: 2014年06月

  • R-boundedness of solution operators to linearized problem of two phase problems and its application to local and global in time solvability of the original nonlinear problem

    柴田 良弘

    International Workshop entitled: Maxwell-Stephan meets Navier-Stokes – Modeling and Analysis of Reactive Multi-Component Flows   (Halle(Saale) University, Germany,) 

    発表年月: 2014年03月

  • On some free boundary problem for the compressible barotropic viscous fluid flow

    柴田 良弘

    Compflow 2014   (Conference Center of Institute of Mathematics of the Polish Academy of Sciences (IMPAN) in Bedlewo, Poland) 

    発表年月: 2014年03月

  • On a global in time unique existence theorem for some free boundary problem of the Navier-Stokes equations without surface tension

    柴田 良弘

    日本数学会   (学習院大学) 

    発表年月: 2014年03月

  • R-bounded solution operators for the Stokes equations with free boundary condition and its application, Incompressible case

    柴田 良弘

    日本数学会   (学習院大学) 

    発表年月: 2014年03月

  • R-bounded solution operators for the Stokes equations with free boundary condition and its application, Compressible case

    柴田 良弘

    日本数学会   (学習院大学) 

    発表年月: 2014年03月

  • R-bounded solution operator and its application in the mathematical study of compressible viscous fluid flow,

    柴田 良弘

    Conference on Recent Advances in PDEs and Applications,   (Trent University) 

    発表年月: 2014年02月

  • R bounded solution operator and its application in the mathematical study of compressible viscous fluid flow

    柴田 良弘

    Yonsei University special lecture, Korea   (Yonsei University) 

    発表年月: 2013年10月

  • On the R-boundedness of solution operators for the compressible -incompressible two phase problem

    柴田 良弘

    日本数学会   (愛媛大学) 

    発表年月: 2013年09月

  • On the R-boundedness of the solution operators in the study of the compressible viscous fluid flowwith free boundary conditions

    柴田 良弘

    日本数学会   (愛媛大学) 

    発表年月: 2013年09月

  • 圧縮性粘性流体に対するStokes作用素のR-有界性とその応用

    柴田 良弘

    日本数学会   (愛媛大学) 

    発表年月: 2013年09月

  • On the Stokes equations with surface tension in the half space

    柴田 良弘

    日本数学会   (愛媛大学) 

    発表年月: 2013年09月

  • On some evolution problem for two phase viscous flows: compressible and incompressible case

    柴田 良弘

    Mathematical Hydrodynamicsand Parabolic equations in honor of Professoe Vsevolod Solinnikov in the occasion of his 80th birthday   (Steklov Institute of Mathematics, St.Petersburg, Rossia) 

    発表年月: 2013年09月

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 非有界領域での2相問題の数学的アプローチと準線形放物型方程式論への拡張

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2022年04月
    -
    2027年03月
     

    柴田 良弘, 齋藤 平和, 久保 隆徹, 村田 美帆

  • 複雑流体のエントロピー消散構造と数理解析

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2018年04月
    -
    2022年03月
     

    川島 秀一, 柴田 良弘, 小川 卓克

     概要を見る

    複雑流体に関わる様々な非線形偏微分方程式系を対象に、その数学的エントロピー、非線形構造および消散構造に着目し、数理解析研究の新たな展望を開くことを目指して研究を行い、次のような成果を得た。1.単独の双曲型保存則と Cattaneo 則の連立系である双曲型平衡則系に対し、全空間と半空間の場合に希薄波の漸近安定性を示した。その証明は、希薄波の滑らかな近似からの摂動に対するエネルギー法に基づいている。このエネルギー法では、希薄波の単調性と系の消散構造が本質的な役割を果たしている。複雑流体の非線形波の安定性解析に繋がる研究成果である。2.複雑流体の空間1次元モデルを考察した。このモデルが双曲型平衡則系で記述されること、数学的エントロピーを有すること、従って対称双曲型系に変換できることを確認した。さらに、安定性条件を満たすこと、従ってその消散構造が標準型であることを確認した。これらの結果として、時間大域解の存在と時間減衰評価を示した。複雑流体モデルの数理解析的視点からの正当化を与える重要な研究成果といえる。3.導波管内の波動伝播を記述する単独高階の非線形偏微分方程式を考察し、臨界正則指数の Besov 空間において時間大域解の存在と最良の時間減衰評価を示した。その証明では、Fourier 空間でのエネルギー法を用いた基本解の各点評価と Duhamel の原理が重要な役割を果たしている。調和解析的手法が、高階の双曲型方程式に対しても有効であることを明らかにした点に意義がある。当初から研究対象としていた複雑流体の最簡約モデルの希薄波の安定性解析、複雑流体モデルそのものに対する数理解析、記憶項を持つ系の消散構造(投稿準備中)、高階の拡散項が非対称の場合の系の消散構造(投稿準備中)等、多くの事項について進展があった。研究は順調に進展しており、今後も当初の計画通り研究を進める予定である

  • 2相流の数学理論の構築

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2017年04月
    -
    2022年03月
     

    柴田 良弘, 吉村 浩明, 舟木 直久, 小澤 徹

     概要を見る

    1. Navier-Stokes-Koretweg 方程式を基盤とした相転移を伴う2相問題について、一般領域でその線形化問題に対するLp―Lq最大正則性原理を対応するレゾルベント問題のR有界な解作用素を構成することで示した。また有界領域で線形化問題の解の指数安定性を示した。これらの結果を基盤として非線形問題の時間局所解、時間大域解の一意存在を示した。またNavier-Stokes方程式の自由境界問題を外部領域で考え表面張力が無い場合の時間大域解の一意存在を示した。またNavier-Stokes方程式の2相問題をjump面が有界領域で表面張力が考慮された問題を全空間で考え時間大域解の一意存在を示した。3.Navier-Stokes方程式以外の流体系の方程式として, Nemaric Liquid Crystal のQ-tensor model を全空間で考えその時間大域解の一意存在を示した。4.ミクロからの流体現象の解析として、平衡熱力学系の変分的定式化を開放系に適用できるように拡張を行った.閉鎖的な非平衡熱力学系の変分的定式化は、非線形かつ非ホロノミックな拘束を受けるラグランジュ・ダランベールの原理から導かれることを明らかにしているが、この変分的理論を開放系拡張するために、時間依存の非線形かつ非ホロノミックな拘束を受けるラグランジュ.ダランベールの原理を提案することに成功した。また相互作用粒子系から平均曲率運動,Stefan 自由境界問題,発散項を含む特異な確率偏微分方程式である多成分KPZ方程式などの導出を行った。5. 数値解析的アプローチとしては, 相変化を伴う圧縮性二相流れに対するNavier-Stokes-Korteweg方程式を、歪対称のPoisson括弧と半負定値対称の散逸括弧を用いて定式化した。1. 「6.研究の概要」で述べたことは2018年度の申請時における構想をほぼ実現化したものであり、研究計画には無理がなく研究は順調に進展している。2.磁気流体の2相問題、多成分流体の方程式系についての時間局所解、大域解の存在を示すための知見を得た。また流体方程式の自由境界問題に対する周期解の存在はこれまで全く手のついてない問題であったが、R有界作用素も用いることで高周波部分の最大正則性原理を得られる知見を得た。さらに液滴落下の問題もその定常解の存在に関しては見通しがついた。こうして、2019年度において磁気流体、多成分流体、液滴落下問題に対しての研究の進展がおおいに見込まれる。4.自由境界面を扱う数値解析は非常に困難であるが、2018年度よりアイソジオメトリック解析による方法の開発に取り組んでいる。4.国際的な研究協力による研究の進展という観点からは、2018年度も早稲田大学で数値流体と流体数学がコラボした国際研究集会を行った。また非圧縮性粘性流体に話題を限った国際研究集会を京都大学数理解析研究所で開催した。早稲田大学では述べ100名程度、京都大学ではのべ70名程度の参加者を得、最先端の講演と活発な討論がなされた。5.若手研究者育成という面では、SGU数物系拠点において博士後期課程が2年目を迎え、数学・物理・機械工学・数値流体を専門とする計8名の大学院生がこの博士後期課程に現在在籍し、講義のみならず、3の国際研究集会の参加・発表、海外留学を経験し、国際的・分野横断的教育を受け多くの成果を挙げた。特にロンドンインペリアルカレッジ、ハンブルグ大学とは大学協定、ピサ大学とはコチュテルを結び国際協力のもと学生の共同研究指導名を充実させる方向に展開している。1. マクロの視点からの流体解析研究では、多成分流体方程式、磁気流体方程式の時間局所解、大域解の一意存在をR有界な解作用素とスペクトル解析の観点から進める。またR有界な解作用素理論を基盤として、Navier-Stokes方程式の自由境界問題、2相問題に対する周期解の存在の研究を進める。さらに液滴落下問題の定常解の存在証明を完成し、また非定常問題の解析へと進展させる。2.ミクロの視点からの流体解析研究では、概ね当初の研究計画通りに研究が進展しているので引き続き研究を継続し、理論形成の発展を目指す。3.数値流体は早稲田大学の学内組織として立ち上げた熱変換工学・数学研究所が3年目を迎え、工学との融合研究が展開しているのでその流れの中で、数学からモデリングを提唱するという立場で特にアイソジオメトリック法の基づく研究をすすめていく。また豊田中研との共同研究も2018年度より開始したので、流体数学研究の出口研究を共同で行っていく

  • 複雑な流体現象のモデリング,マルチスケール構造の解明と数理解析

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2016年07月
    -
    2019年03月
     

    吉村 浩明, 柴田 良弘, 舟木 直久, 小澤 徹, 柳尾 朋洋, 彭 林玉

     概要を見る

    複雑な流体現象の数理的モデリング,マルチスケール現象に関する偏微分方程式及び確率微分方程式に関する数学解析,非線形力学の応用について研究を推進した.複雑な流体現象の数理的モデリングでは,非平衡熱力学系のラグランジュ的な変分的定式化,キャビテーション気泡クラウドのモデリングと実験的検討,レイリー・ベナール対流に現れるLCS構造の解明,確率的な気泡ダイナミクスの変分的定式化と解析を行なった.数学解析では,ナヴィエ・ストークス方程式の2相問題の解の存在一意性,確率偏微分方程式である多成分KPZ方程式や修正KdV方程式等について調査した.また,LCS解析の宇宙機の軌道設計への応用などについて考察した.マルチスケール構造を有する複雑流体現象に関する研究に関連して,非平衡熱力学に関する新たな変分的定式化と確率的な変分法の開発を行い,さらにキャビテーションや対流現象等の解析が可能となったことで,乱流などのより複雑な熱流体現象の数理的な解明への糸口を見出すことに成功した.また,2相流に関するナヴィエ・ストークス方程式に関する解の存在と一意性や,確率偏微分方程式である多成分KPZ方程式や修正KdV方程式等の大域的適切性を示したことは数学解析において極めて重要な成果である.さらに,流体におけるLCSの解析を宇宙機の軌道設計に応用できたことで,非線形力学の応用において大きな発展をもたらす可能性を示せた

  • 実解析とエネルギー法による非有界領域上のNavier-Stokes 方程式の研究

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2013年04月
    -
    2017年03月
     

    山崎 昌男, 柴田 良弘, 小薗 英雄, 田中 和永, 高橋 剛

     概要を見る

    重力の影響下での熱対流を記述するBoussinesq方程式を重みのついた空間で考察し、解の一意存在を確立したうえで解の漸近形を二次の項まで得た。また、2次元全平面および外部領域における定常Navier-Stokes方程式に対し、領域、外力及び境界値に新しい対称性を導入し、この仮定をみたす十分小さい外力及び境界値に対して遠方で減衰する定常解の存在を示した。さらに、より弱い対称性の仮定の下で、十分に小さい減少する定常解のL2空間に属する任意の初期摂動に対する大域的漸近安定性を示し、また各種のノルムによる収束の速度を求めた

  • 流体現象のマクロ構造とメゾ構造解明のための解析理論の構築

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2012年05月
    -
    2017年03月
     

    柴田 良弘, 田端 正久, 吉村 浩明, 舟木 直久, 小澤 徹, 山崎 昌男, 菱田 俊明, 清水 扇丈, 鈴木 幸人, ソロニコフ フセヴォロド, ガルディ ジョバンニ, ヒーバー マティアス, ザイアンチェコウスキィ ヴォイチェック, ションベック マリア, デンク ロバート

     概要を見る

    マクロレベルの流体数学研究ではストークス方程式のR有界性に基づく理論により粘性流体の自由境界問題の解の時間局所一意存在を一般領域で示した。またストークス作用素のスペクトル解析に基づく理論によりナヴィエ・ストークス方程式の一相自由境界問題の時間大域解の一意存在と漸近挙動を有界及び非有界領域で示した.メゾレベルでの流体数学研究では気泡振動を支配する確率微分方程式を導出し,その時間大域解の存在と漸近挙動を示し数値解析を行った.また変分原理による定式化に向けてディラック簡約の理論を開発しリヴリン・エリクッセン流体に応用した.更にラグランジュ・ガラーキン法を開発し気泡上昇問題の数値解析を行った

  • 流体現象のマクロ構造解明のための解析理論の構築

    研究期間:

    2012年04月
    -
    2017年03月
     

  • ハミルトニアンに基づく粒子法の非平衡統計力学的理論に関する研究

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2011年04月
    -
    2015年03月
     

    鈴木 幸人, 柴田 良弘, 吉村 浩明, 伊藤 公久

     概要を見る

    非平衡熱力学の一つの理論的枠組みとして提唱されているGENERICと呼ばれる定式化に基づいて粒子法を構成することを試みた。具体的には流れのオイラー記述に対するポアソン括弧に基づく粒子法と呼べるような計算アルゴリズムを考案し検査計算を行った。また二次元渦度方程式をGENERICの枠組みで定式化し離散変分法を用いて離散化することによって、運動エネルギーとエンストロフィーが非粘性のときには正確に保存し、粘性がある場合には正しく散逸するような数値計算手法を開発した

  • 実解析学の手法による非有界領域上のNavier-Stokes方程式の研究

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2009年04月
    -
    2013年03月
     

    山崎 昌男, 柴田 良弘, 田中 和永

     概要を見る

    2次元全空間および外部領域上のNavier-Stokes 方程式について研究を行った.対称性の強い小さな定常外力が存在する場合,遠方での減衰が非常に速い小さな 定常解が一意的に存在することが示された.またその定常解が十分小さい場合には,初期摂動についての大きさの限界なしで定常解が安定であることが示された.また平行平板間の Navier-Stokes 方程式についての研究も行った.この問題をBesov 空間で考察した結果, p が無限大の場合は外力なしの場合にも自明でない解があり,これがPoiseuille 流に相当することがわかった

  • 精度保証付き数値計算学の確立

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2005年
    -
    2009年
     

    大石 進一, 中尾 充宏, 西田 孝明, 柴田 良弘, 山本 野人, 渡部 善隆, 渡部 善隆, 西田 孝明, 柴田 良弘, 山本 野人, 中尾 充宏

     概要を見る

    偏微分方程式や線型方程式等において,計算機を用いて数値的に得られた近似解に対し,その誤差限界も定量的に計算機で与える精度保証付き数値計算の研究を推進した.ベクトルの総和や内積を計算する問題は科学技術計算の基本であるが,この問題に対して精度が数学的厳密に保証された結果を返す世界最高速のアルゴリズムを開発した.このアルゴリズムは,応用として,スパース行列に関する計算や計算幾何学にも波及した.また,偏微分方程式の解の存在証明,一意性の証明及び近似解の精度保証を行う多くの有用な方式を開発することに成功した

  • 函数空間論を用いた種々の非有界領域におけるNavier-Stokes方程式の研究

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2005年
    -
    2008年
     

    山崎 昌男, 柴田 良弘, 田中 和永, 榎本 裕子, 柴田 良弘, 田中 和永, 榎本 裕子

     概要を見る

    研究成果の概要:平行平板間領域における外力付きのStokes方程式について、阿部孝之氏と共同でBesov空間において考察し、特にPoiseuille流がこの立場で捉えられることを示した。次いで外部領域における外力付きの定常Navier-Stokes方程式について、無限遠方での流速が0である場合と0と異なる場合について統一的に考察し、応用として無限遠方での流速が0に近づく場合の解の挙動を精密に調べた。最後に、負階の関数空間におけるNavier-Stokes方程式の考察の基礎となるHelmholtz分解をこれらの空間で構成した。またが威力に関する強い対称性を仮定して、全平面上での定常Navier-Stokes方程式の解の一意存在を示した

  • 非圧縮性粘性流体の自由境界値問題に対する解析的半群によるアプローチ

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2005年
    -
    2006年
     

    清水 扇丈, 柴田 良弘, 菊池 光嗣, 星賀 彰, 足達 慎二, 中島 徹

     概要を見る

    非圧縮性粘性流体に対し表面張力を考慮に入れない場合の有界領域における自由境界問題を解析的半群によるアプローチで解析した。自由境界問題の線形化問題であるストークス方程式に対するノイマン境界値問題に対し、最大正則性原理を証明した。自由境界値問題をラグランジュ座標系で定式化して固定境界に直すと、その方程式は準線形となる。微分可能でないデータに対してこの非線形問題解くために、線形化方程式に対して最大正則性の定理を証明することが求められる。解作用素のR-boundednessを示し、作用素値フーリエマルチプライヤーの定理を適用することによりモデル問題の解の最大正則性を示した。そして、準線形方程式の初期-境界値問題における小さな初期値に対する指数安定な時間大域解の一意存在と任意の初期値に対する時間局所解の一意存在を、線形化問題の最大正則性定理を用いて縮小写像の原理により証明した。有界領域における2相の非圧縮性粘性流体の界面に表面張力を考慮に入れない場合の自由境界問題を同様の手法で解析して、線形化問題の最大正則性定理を用いて小さな初期値に対する指数安定な時間大域解の一意存在と任意の初期値に対する時間局所解の一意存在を縮小写像の原理により証明した。上記の結果を、2005年度函数方程式研究集会「微分方程式の総合的研究」(東京大学)、国際会議"Kyoto Conference on the Navier-Stokes equations and their applications"(Kyoto univ.,2006)、方程式とその応用」日本数学会2006年度秋季総合分科会函数方程式分科会特別講演(大阪市立大学)、国際会議"Parabolic and Navier-Stokes equations"(Bedlewo, Poland,2006)で講演した

  • 大規模移流拡散系理論の新展開と数値計算の検証解析

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2004年
    -
    2006年
     

    大春 慎之助, 劔持 信幸, 愛木 豊彦, 柴田 良弘, 鈴木 厚, 松本 敏隆, 八木 厚志, 松浦 義則

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    1、多成分混相流体の研究多成分混相流体の典型例である環境流体を対象とした。流体の方程式を基礎とし、流体中に化学反応を伴う物質が混入しているとして、保存則と合わせて環境流体の連続モデルと、これに適合する数値モデルを定式化した。研究成果を環境流体中の動態解析と数値シミュレーションに適用し、実際の現象の観測結果に適合する結果を得た。2、環境流体中の物体周りの流れ解析環境流体の数学モデルとして移流反応拡散系に対する新しい数値計算法を提案した。これを流体中に立てた円柱周りの流れ解析に適用した。この結果は環境科学に現れる様々な問題に適用できる新しい知見である。さらに複雑地形上の環境流体の流れ解析を行った。3、積分化半群に対する時間依存の非線形摂動時間依存の半線形発展方程式を非線形発展作用素の立揚から検討した。この研究では、半線形発展方程式が弱解を与える発展作用素の生成定理を与えた。また、摂動が時間に依存しない場合に半群が生成されるための半線形生成作用素による特徴付け定理を与えた。4、HIV感染過程とエイズ治療への数理的接近偏微分作用素はHIVウイルスの移流拡散過程を表現し、非線形反応項はHIVウイルスと免疫反応を表すHIV感染モデルは、生理学的知見に基づく境界条件を伴う大規模移流拡散系として定式化される。この数学モデルは半線形発展方程式の生成定理が適用される重要なモデルであり、また近似可解性定理も適用できることから安定な数値モデルが得られることが示された。5、解析的半群の時間に依存する非線形摂動この研究は、解析的半群の時間に依存する非線形摂動の一般理論と大規模移流反応拡散系への応用に関するものである。主目的は、半線形発展方程式が弱解を持つための非線形発展作用素の生成定理を証明することである。得られた成果を従来未解決であった骨改造の複雑な物理現象を記述する数学モデルに応用した

  • 双対半群とLorentz空間を用いるNavier-Stokes外部問題の研究

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2001年
    -
    2004年
     

    山崎 昌男, 柴田 良弘, 田中 和永, 藤田 岳彦, 石村 直之

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    柴田良弘教授との共同研究によって、n次元空間の外部領域におけるNavier-Stokes方程式のphysically reasonable solutionの自然な拡張となる定常解が一意的に存在するための、時間に依存しない外力に関する十分条件で、流体の無限遠方での速度が0である場合と0と異なる場合とを統一的に扱えるものを、Lorentz空間の双対性および実補間の理論を用いて、3以上のすべての整数nに対して与えた。また、柴田教授および榎本裕子助手との共同研究によって、上で得た定常解は、弱Ln-空間に属する初期摂動を加えたとき、時間発展について弱Ln-空間において安定であることを示し、さらにこの摂動の大きさは、流体の無限遠方での速度について一様であることを示した。さらに、定常解についてのこれらの結果を、外力が時間に依存する場合に拡張し、対応する時間周期解、あるいは概周期解の一意存在のための外力に関する十分条件を、劣線型作用素に対する実補間を用いて得た。またこれらの解の初期摂動および外力の摂動に関する、流体の無限遠方での速度について一様な、弱Ln-空間における安定性を示した。一方、外部領域に関するこれらの結果をより一般の非有界領域に拡張するための準備として、阿部孝之大学院生との共同研究によって、平行平板間におけるStokes方程式の境界値問題についてのLp-理論を、高階のSobolev空間およびBesov空間に拡張し、これらの空間に属するStokes方程式の解が一意的に存在するための、外力に関る十分条件を得た。特にpが無限大の場合には解の一意性が成立せず、外力及び境界値が0に対する解としてPoiseuille流が特徴づけられることを示した

  • 非線形波動方程式の外部問題

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2001年
    -
    2004年
     

    中尾 慎宏, 川島 秀一, 柴田 良弘, 小川 卓克

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    まず、当研究の第一の目的であった主要部が非線形である波動方程式の外部問題について、局在的摩擦項の影響下で時間大域解の存在証明に成功した。線形化方程式の局所エネルギー減衰(前回研究課題の成果)に基づき解のL^p評価を導きこれによって非線形項の処理を行う方法と、全エネルギーの減衰評価を導き、これによって非線形項の処理を行う二つの方法を開発し、初期値に対するそれぞれに異なる仮定のもとでなめらかな時間大域解の存在証明をおこなった。いずれの方法も、摩擦項の影響を最小化する考えの下、領域の形状になんらの条件もつけない点が特徴である。摩擦項が非線形である場合の解のエネルギー減衰問題については、‘半分線形'なる概念を導入し、精密なエネルギー評価、ならびにこれに基づいて、非線形摂動項をもつ波動方程式の時間大域解の存在証明を与えた。関連する問題として、内部領域において、局在的非線系摩擦項をもつ非線形波動方程式の周期解の存在とその安定性に関する結果を得た。また、キルヒホッフ型非線形波動方程式の外部問題について、摩擦項が非線形かつ局在的の場合を考察して、さまざま興味深い結果を得た。ノイマン型境界摩擦項をもつ波動方程式の外部問題のエネルギー減衰評価についても新しい結果を得た。分担者川島はボルツマン方程式や双曲型保存則に関する非線形波動方程式を考察し、多くの興味深い結果を得た。分担者柴田はスペクトル解析にもとづいて圧縮性ナビアー方程式の外部領域を考察し、多くの興味深い結果を統一的導いた。分担者小川は非線形波動方程式、非線系シュレヂンガー方程式、調和流方程式など様々な非線形偏微分方程式の解の精密な正則性や挙動を証明した

  • 双曲型方程式系の基礎理論

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    1999年
    -
    2001年
     

    西谷 達雄, 梶谷 邦彦, 大鍛治 隆司, 松村 昭孝, 柴田 良弘, 一ノ瀬 弥

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    我々の得た結果は多岐にわたるがその主なものは以下のとうりである。1.2独立変数の2×2系に対して、初期値問題が適切となるための必要十分条件を与えた。特に2独立変数の2×2系が強双系となるための特徴づけを得た。条件はニュートン図形を使って与えられる。この研究の過程で、初期面を除いて狭義双曲系でありながらいかなる低階を加えても初期値問題が適切とならない特異な例が見つかった。2.双曲型方程式系のなかで最も重要である対称化可能系を拡張した概念として「準対称系」の概念を導入し、それに対する初期値問題の適切性に対する肯定的な最初の結果を得た。即ち、2独立変数の実解析的な準対称系に対しては初期値問題は適切である。多変数の場合については現在までのところ未知である。3.双曲型方程式系に対する初期値問題が適切となるための低階に対する一般的な必要条件を、ラージパラメーターをもつシンボルのなす非可換体上の行列式を使って表現することに成功した。全表象の非可換体上における行列式の主要部は主表象の古典的な行列式の主要部に一致することが必要である。4.変数係数双曲型方程式系の滑らかな対称化と空間の各点を固定して得られる定数係数の双曲系の対称化可能性とのあいだの関連性についてつぎの結果を得た。空間の各点を固定して得られる定数係数の双曲系が対称化可能でありさらにこの系の還元次元が十分に大ならばもとの変数係数の系は滑らかに対称化可能である。還元次元がさらに大ならば、各点で定数係数として強双曲型ならばもとの系も強双曲型である

  • 非線形波動方程式の安定化問題

    科学研究費助成事業(九州大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(B))

    研究期間:

    1998年
    -
    2000年
     

    中尾 填宏, 柴田 良弘, 加藤 久子, 川島 秀一

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    本研究の代表者中尾は内部および外部領域における非線形波動方程式の安定化問題を研究し、合わせて非線形熱伝導方程式の内部問題の解の挙動について研究した。
    外部領域についてはまず線形波動方程式の局所的エネルギーの減衰評価を証明し、これからさらにLp評価を導き、これを半線形波動方程式に応用して大域解の存在を論じた。結果の特徴は、これまでは障害物の形が凸形とか星形に限られていたのを、局所的摩擦項の効果を利用して一般の領域において示したところにある。
    内部領域については、きわめて弱い摩擦項の働きのもとで、強線形波動方程式の大域解の存在証明に成功した。そのため変数係数の波動方程式の一意接続定理を合わせて証明し、これを利用した。ここでは、代表者の考案した「中尾の不等式」を利用するところが独創的である。
    非線形熱伝導方程式に関しては、いろいろな非線形摂動項のついた平均曲率型およびm-Laplacian型の方程式を取り上げ、大域解の存在とともに精密な解の評価を導いた。これらは、時間が無限大になったときの減衰度や時間が0の近くでの平滑化効果を反映したものになっている。
    分担者の川島はガス運動を記述する方程式を中心に大域解の存在とその挙動について多くの研究成果を得た。分担者柴田は粘-弾性型波動方程式および流体方程式の外部問題を考察し、解の挙動に関して新しい方法を提供するとともに精密な評価を与えた。加藤は非ニュートン的流体について、大域解の存在を論じた。

  • 実解析的方法の非線形発展方程式への応用

    科学研究費助成事業(筑波大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(B))

    研究期間:

    1997年
    -
    1999年
     

    柴田 良弘, 楫 元, 室谷 義昭, 小島 清史, 久保 明達, 小林 孝行, 杉山 由恵, 清水 扇丈, 檀 和日子

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    (1)3次元非圧縮性粘性流体の運動を記述するNavier-Stokes方程式の外部問題を考えた. 1930年代のJ.Lerayの研究により弱解の存在は知られている. しかしLerayの弱解からは解の定性的な性質は分からなかった. 1950年代初頭にR.Finnにより定常問題に対しphysically reasonable solution(prs)の概念が導入され外力と無限遠方の流速u_∞が小さい場合にその存在と定性的な研究が行われた. Finnのprsの初期摂動に関する安定性と時間無限での定常解への収束を研究することが次の問題となり, L_2枠ではHeywoodにより解決され, その後の数値解析の重要な基礎となっている. しかし, prsはL_2には属さないので, それが属する空間での初期摂動の問題が30年以上問題として残っていた. このたびの研究によりこれを解決した. 方法は外部領域におけるOseen近似を行い, その方程式に関し, 境界近くでのlocal energy decayの最良評価を対応するレゾルベントの原典近くでの分数べきの正則性を求めることで示した. これと全空間でのL_p-L_q評価をcut-off techniqueを用いて合わせ, 最良のL_p-L_q評価を外部領域で求めた. この時, 評価に現れる定数がu_∞に無関係であることが重要である. この評価を基に, prsのL_3空間での初期摂動に関する安定性を示し, Finnの問題を完全に解決した.
    (2)2次元外部領域ではLerayの弱解は一意であることが知られており, 存在と一意性については3次元と異なり解決されている. しかし, 解の定性的な解明は線形化問題の基本解にlogarighmic singularityが現れるため3次元の場合と違い満足のゆく研究がなされていなかった. 我々はStokes resolventの原点近くでの漸近展開を求め, 境界での反射によりlogarithmic singularityは消滅していることを発見し, 3次元と同様の方法によりStokes半群のL_p-L_q評価(1<q≦p≦∞)を求めた. さらに, これを応用して, 2次元外部領域でのNavier-Stokes方程式の弱解のL_∞ノルムでの時間無限での0への収束の度合いを最良な形で求めた.
    (3)(1)で開発した方法を拡張し, 3次元圧縮性粘性流体の方程式の線形化問題の解の最良なL_p-L_q評価を求めた. また, これを応用して元の非線形問題の時間無限での解の漸近挙動を最良の形で求めた.

  • 超局所解析による微分方程式の研究

    科学研究費助成事業(筑波大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(B))

    研究期間:

    1996年
     
     
     

    若林 誠一郎, 高村 博之, 筧 知之, 山崎 満, 柴田 良弘, 梶谷 邦彦

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    まず,(古典)解析の立場から佐藤超函数論を見直し,基本的な諸結果を導いた.そのために,Schwartz空間Sに対して,{exp[ε<ξ>]u(ξ);u∈S′}のFourier(逆)変換像S′_εを考え,佐藤超函数の空間を∩_<ε>0>S′_εの局所空間とみなせることを用いた.さらに,このことから,S′における擬微分作用素・Fourier積分作用素のカルキュラスをS′_εに拡張することによって,佐藤超函数に対する(古典)解析的擬微分作用素論・超局所解析を確立した.偏微分作用素(及び擬微分作用素)の研究において,Schwartz超函数の枠組みで従来用いられていた手法が,S′_ε(特に佐藤超函数の空間)に対しても適用できるようになり,Schwartz超函数,ウルトラディストリビューション(及びGevrey族),佐藤超函数(及び解析函数)の空間における偏微分作用素の研究を,例えば,アプリオリ評価(エネルギー評価)の導出という観点から統一的に取り扱えるようになった.特に,解析的擬微分作用素に対して,解析的特異性の伝播定理,解析的準楕円性に関する結果等をアプリオリ評価を用いて導いた.また,準楕円性と局所可解性の関係についても,Schwartz超函数の枠組みでも結果と同様であることを示し,さらに,アプリオリ評価を用いて局所可解性についてもいくつかの結果を得た.偏微分作用素の研究をアプリオリ評価の導出という観点から捉え,研究分担者と協力して,種々の問題に対してアプリオリ評価の導出を試み,多くの結果を得た.この他,関連する問題が分担者により研究され,今後,これらの結果が偏微分作用素の研究に用いられ,多くの成果が得られるものと期待される.

  • 非線形発展方程式の解の構造

    科学研究費助成事業(筑波大学)  科学研究費助成事業(一般研究(C))

    研究期間:

    1995年
     
     
     

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    1)弾性体の運動を記述する数学的理論はいわゆる非線形熱粘弾性方程式(nonlinear thermoviscoelastic equations)といわれる微分方程式の初期値境界値混合問題で与えられる。本年度は初期値が十分小かつ滑らかな場合に時間大域的に滑らかな解が存在することを示した。
    2)粘性流体中を物体が運動する様子は数学的にはナヴィアーストークス(Navier-Stokes)方程式の外部問題として定式化される。本年度は無限遠でのスピードがゼロでない場合の3次元流の強解の存在をL_3の枠組みで示した。さらに、その解の漸近挙動を示した。いわゆる、Wake regionの数学的解析を精密に行った。これは、流体の運動を数値解析的に解明しジェット機やロケットなどの合理的な設計においても将来有効な理論を与えていると信じる。こうして、この研究はさらに物理や工学の流体の専門家や数値解析の専門家とともにより大きな組織として続ける必要がおおいにある。
    さらに、この研究の一つの帰結として、1950年代にR.Finnによって提出されたstarting problem(粘性流体中の物体を徐々に加速していき有限時間後加速することを止めたならば、漸近的に一定の速度の運動に物体はなるか、又そのときの物体と回りの流体の漸近挙動を求めよ)を完全に解くことができた。
    この方面の研究は2次元流においては全くなされていないので、つぎの課題としては、3次元流での方法をヒントに2次元の場合にさらに発展することが考えられる。しかし、技術的に簡単に3次元のやりかたが2次元に拡張出来ない。これも今後の課題である。
    3)1次元の熱弾性体の数学的理論に現れる、いわゆる、1次元熱弾性体方程式の初期値境界値問題の解の存在とその漸近挙動を外力が時間に依存しない場合に示した。今後の課題は、外力が時間に依存する場合、特に外力が周期的な場合に解の存在をしめすことである。

  • 無限自由度の可積分系に関連した非線形波動現象の解析的研究

    科学研究費助成事業(東京大学)  科学研究費助成事業(重点領域研究)

    研究期間:

    1994年
     
     
     

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    非線形偏微分方程式において、解の特異性が非線形性によってどのような相互作用をするのかということを調べるのは、極めて重要な問題の一つである。空間1次元の特殊な3次の非線形性を持つ非線形シュレデインガー方程式は完全可積分系となり、その解の性質はよく調べられている。特に、完全可積分系の非線形シュレデインガー方程式に対しては、時刻無限大でも非線形効果が消えず、解は摂動を受けていない自由解には近付かないことが知られている。空間1次元の場合、3次の非線形性は線形散乱理論で云うところの長距離ポテンシャルに相当しており、この事実自体は自然なことである。しかし最近、非線形波動方程式について、従来長距離ポテンシャルに相当すると考えられていた場合でも、ある特別な非線形項に対しては解の特異性が相殺し、時刻無限大で解は自由解に近付くことが分かってきた。非線形シュレデインガー方程式に対しても、特別な非線形項の場合は波動方程式の時と同様、解の特異性が相殺し時刻無限大で非線形効果が消えることが期待される。そこで、今年度は、どのような3次の非線形項に対して、解の特異性が相殺し時刻無限大で解が自由解に近付くかを調べた。その結果、そのような非線形項はシュレデインガー方程式のゲージ不変性と密接な関係があることが分かった。
    また、熱弾性プレートを伝わる波を記述する方程式の線形化問題について、熱散逸効果による解のエネルギーの時間減衰の速さを調べた。熱弾性波は近年様々な分野で注目を集めており、熱弾性波の非線形問題の数学的解析が切望されている。線形化問題の解析は、それ自身興味深い問題であるばかりでなく、非線形熱弾性波の問題を研究する際に有用である。

  • 双曲型方程式の初期値問題

    科学研究費助成事業(筑波大学)  科学研究費助成事業(一般研究(C))

    研究期間:

    1994年
     
     
     

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    線型及び非線型の双曲型方程式に対する初期値問題の解の存在及び解の性質を次の問題点について研究した。
    (i)関数解析的な手法を用いて解の局所的及び大域的存在についての研究
    (ii)超関数解の特異点の作る集合の幾何学的な特徴付けを行う。
    (iii)測度を係数に持つ双曲型方程式の解の存在及び解の性質を調べる。
    (iv)幾何光学から生じる散乱問題及び波動伝播問題の研究。
    今年の研究成果として上にのべたテーマに関して部分的ではあるが成果が得られた。

  • 接触構造と調和積分

    科学研究費助成事業(筑波大学)  科学研究費助成事業(一般研究(C))

    研究期間:

    1994年
     
     
     

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    1.一般2n+1次元接触多様体上の拡張されたモノポールの位相不変量が,Higgs場と曲率から定まる2n-形式の曲面積分で与えられることがわかった。
    2.この位相不変量はHiggs場についてホモトピー不変であり,許容されるどのようなHiggs場をとっても位相不変量が零となるケースが考えられる。この現象は3次元モノポールと対比して特異的である。
    3.一般次元(≧5),拡張されたモノポールに特有なもうひとつの現象として,エネルギー汎関数(作用積分)の値が位相不変量をとりえないということがある。
    4.5次元トーラスが接触構造を許容するか否かという懸案の問題に対して今後の研究の新たな展開として接触構造から定まる可積分な2次元部分多様体とそのうえのベクトル束の研究が注目される。

  • 非線形発展方程式の解の構造の研究

    科学研究費助成事業(筑波大学)  科学研究費助成事業(一般研究(C))

    研究期間:

    1993年
     
     
     

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    弾性体方程式、熱弾性体方程式、Schrodmger方程式等を含む,非線形発展方程式の解の局所的な意味での存在,大域的な意味での存在をかなりの一般論を含む形で確立することができた。更に解の漸近挙動の解明,解の特異性の表われる様相を多くの場合に調べることが出来た。手法はいくつかあるが,いわゆるenergy method,microlocal analysis等をたくみに用いた。もう少しく列挙することにする.
    (1)線形化した方程式の解の存在,解の挙動をいわゆるenergy methodといわれる部分積分に基礎をおく方法で,いくつかのすぐれたmultspliersをみつけて、示すことに成功した。また、あわせてmicrolocalな手法を用いることで,解の正則性の伝播の状態を解明することも出来た。これらは世界的に先駆となる成果をいくつも含んでいる。また,定常的な方程式の固有値の分布状態も,確率的手法を用いることで,より詳しく調べることが出来ることを示し,古典的軌道の解の安定性に関する影響を調べる上で,より詳しく分かることが示せた。これらは勿論初めて試みを多く含んでいる。
    (2)Picardの遂似近似法のアイディアを必要に応じて拡張し、非線形発展方程式の解の局所的及び大域的な存在を示した。(1)に及べた線形化した方程式の結集が更に応用され、非線形の場合の解の漸近挙動,特異性の様相が解明された。

  • 双曲型作用素の研究

    科学研究費助成事業(筑波大学)  科学研究費助成事業(一般研究(C))

    研究期間:

    1992年
     
     
     

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    1.effectively hyperbolicの一般化としての双曲型作用素のクラスを定義し、それに対するCauchy問題のC^∞適切性を示した。また、2重特性的である双曲型作用素に対するCauchy問題を考え、新しい結果を得た
    2.一意接続定理について研究し、新しい方法によるアプローチを試みた。この方法によって新しい結果を得ることは、今後の課題の一つである。
    3.Gevrey準楕円性に対して、いくつかの興味ある例を与え、その準楕円性を研究した。また 解析的準楕円性を我々の立場(問題を超局所アプリオリ評価の導出に帰着する)から研究するための基礎となる諸結果を得た。
    4.擬微分作用素の有界性及び正値性に関しては、十分な結果は得られなかったが、今後の研究のための準備は整ったと思う。
    5.1に関連して、超局所アプリオリ評価に関するいくつかの結果が、得られた。
    6.確率論の立場から、Schrodinger作用素の研究、極限定理の研究及びマルコフ過程の検究を推し進めた。
    7.microhyperbolicな擬微分作用素のいくつかのクラスに対して、C^∞の特異性の伝播定理を示した。
    8.非線形の弾性体の方程式に対する混合問題の解の存在及び一意性に関して、いくかの結果が得られた。
    9.非線形波動方程式の解の大域的存在及び爆発に関して研究を進め、初期値がコンパクトな台を持たない場合も考察した。

  • 無限自由度の可積分系に関連した非線波動現象の解析的研究

    科学研究費助成事業(東京大学)  科学研究費助成事業(重点領域研究)

    研究期間:

    1992年
     
     
     

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    完全可積分系の典型例である3次の非線形項を持つ非線形シュレディンガー方程式は、物理的にはザハロフ方程式というシュレディンガー方程式と波動方程式が非線形に連立した方程式系において、イオン音波速度が非常に速いときの近似として得られると考えられている。3次の非線形項を持つ非線形シュレディンガー方程式は幾何学題にきれいな対称性を豊富に持ち、単独のソリトン解やN-ソリトン解のような物理的に重要な意味を持つ解を持つことが知られている。イオン音波速度が非常に速い時に、3次の非線形項を持つ非線形シュレディンガー方程式の解が実際に元のザハロフ方程式の解を近似しているかどうかは重要な問題である。この問題は数学的には特異摂動の問題となり、イオン音波速度定数を無限大にした時に、ザハロフ方程式の解において初期時刻の近傍でいわゆる初期層と呼ばれる特異性が発生する。この特異性の解析も重要な問題である。今回は、ザハロフ方程式においてイオン音波速度を無限大にした時、ザハロフ方程式の解は非線形シュレディンガー方程式の解に収束することを示し、初期層の精密な解析を行った。
    また、空間2次元のべき乗型の非線形項を持つ非線形波動方程式に対しては、散乱作用素が構成できる下限の非線形項の指数が予想されていたが、実際にその下限の指数まで散乱作用素が構成できることを示した。
    さらに、現実の物理現象では、なんらかの理由で減衰効果が働くことが多い。そこで、完全可積分系のような保存系に、減衰効果が加わったときに、解はどの様な振舞いをするようになるのかという問題を研究することは重要である。今回、粘性項を持つある種の弾性体の方程式に対して、定常解の近傍で初期値を与えると、時刻無限大では解はその定常解に漸近的に近づくということを示した。

  • 多次元拡散過程及び関連分野の研究

    科学研究費助成事業(筑波大学)  科学研究費助成事業(一般研究(C))

    研究期間:

    1991年
     
     
     

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    1.研究目的:一次元拡散過程は、W.Feller,E.B.Dynkin,H.P.McKean JR.,伊藤清等によって解析的にも確率論的にも完全に解明されている。しかしながら、多次元拡散過程は、解析学における偏微分方程式論、関数解析学、複素解析学、確率論と密接に関連する重要な研究課題であるにも拘わらず、一次元の場合と比べると完全な解明からは未だ遠い状態にある。本研究の目的は、多次元拡散過程を解析学の立場から総合的に研究することである。
    2.研究実績:研究代表者及び分担者は、多次元拡散過程の境界問題を、最新の偏微分方程式的手法及び関数解析的手法を用いて研究するアプロ-チを発展させることにより、楕円型とは限らない一般の境界条件の場合を詳しく考察することができた。さらに、この研究を通じて、偏微分方程式論における各種の十分条件を、「拡散粒子の運動」という具体的なイメ-ジを通じて、直観的に解釈することを試みた。解析学の偏微分方程式論、関数解析学、確率論の三分野の接点に光を当てる、この研究結果は、「Boundary Value Problems and Markov Processes」(境界値問題とマルコフ過程)、「On the Existence of Feller Semigroups with Boundary Conditions」(境界条件付きのフェラ-半群について)と題してそれぞれ講義録及び特集論文として、シュブリンガ-社(ドイツ)、アメリカ数学会から出版された。これは、この方面で現在最も進んだ研究結果として、欧米を中心に高く評価されたことの証左であり、本研究の目的は十分に達成することができたといえる。
    一次元拡散過程の研究の例を見るまでもなく、多次元拡散過程及び関連する諸問題を多分野から総合的に研究して行くことは、今後の解析学の発展にとって益々重要になるものと思われる。

  • 函数空間論とそれに関連する解析学と幾何学の研究

    科学研究費助成事業(筑波大学)  科学研究費助成事業(一般研究(C))

    研究期間:

    1989年
     
     
     

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    函数空間、特に、函数および超函数の可微分性の度合いをL_pーノルムで測るSobolev空間とBesov空間を解析学と幾何学に応用することを目標とし研究を進めた。
    (イ)Aを解析的半群の生成作用素とするとき、Banach空間における抽象的常微分方程式:du/dt-Au=f(t)の強解の存在について。よくしられているように、外力項fについての強連続性の仮定のみで強解の存在は言えない。我々はfが局所的にBesov空間B〓に属するという強解の存在を証明した。これはHolder連続性やCrandall-Pazyの条件より弱い条件で決定的な結果であり、準線型方程式へ応用できる。また、Aがweak singularityを持つ半群の生成作用素の場合についても同様な結果が得られている。
    (ロ)擬微分作用素のBesov空間における有界性について。表象a(x,ξ)のxおよびξについての最小な微分可能性の仮定のもとで有界性定理を得た。微分可能性の度合いを測るために我々は重複次数のBesov空間を使った。この重複次数のBesov空間についての一般的理論も得られている。この結果はBesov空間論が偏微分方程式など解析学の各分野で有用なことを示す例になっている。
    (ハ)杉本充はHardy空間を使って双曲型方程式に関連するフ-リ乗法作用素のL_Pー有界性に関するよい結果を得た。
    (ニ)その他、解析学の各分野、特に双曲型偏微分方程式や確率過程をポテンシャルに持つSchrodinger作用素についての研究成果も得られている。
    (ホ)本研究は位相幾何学と微分幾何学の研究者と協力を必要とし、また微分幾何学への応用も目指している。

  • 流体力学の数理的解析

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    1.森本はY字型の柱状領域においてNavier-Stokes方程式の定常問題を考えた.領域が軸対称であることを仮定し,境界値も解も軸対称であることを仮定して解の存在を示した.これは,アミックによる有界領域での結果のY字領域への拡張である.領域が非有界であることから,アミックの場合と本質的にことなる困難が生じた.藤田により開発された,仮想の溝を掘って流れを流すという方法を拡張し,無限遠方でのポアズイ流の構成を行うことで,この困難を解消することが出来た.2.菱田は物体が非圧縮性流体中にある物体が回転している場合の流体の流れについての数学的解析を行った.通常のNavier-Stokes方程式にx×∇なる形の変係数でしかも非有界な係数のつく,取り扱いに困難な作用素である.今までにこの様な作用素の解析は無く,新しい解析を要求される問題である.本年度までの研究では,部分積分することにより得られる,保存量と全空間での精緻な解析を駆使して,少なくとも対応する線形問題がL_p枠においてC_0半群をなすことを示し,対応する非線形問題を時間局所的に解いた.さらに,解の正則性についての考察を行った.3.柴田は,清水とともに,弾性体の方程式のレゾルベント問題で開発したL_p評価を求める方法を拡張してStokes方程式のレゾルベント問題のNeumann型の境界値問題に関するL_p評価を行った.また,院生の秋山とともに,Ginzburg-Landau方程式の定数定常解の安定性を磁場がある場合に示した.さらに,院生の阿部と2枚の板の間を流れる非圧縮性粘性流体を記述するStokes方程式の粘着性境界条件のもとでのレゾルベント問題を考え,正則半群が生成される事を示した.さらにこれは指数的な安定性をもつ事を示し,対応する非線形問題の初期値問題を解いた.これらの解法は実解析的手法に基づいており,さらなる発展が粘性流体の自由境界値問題などへ見込まれる

  • 実解析的方法による非線形発展方程式の解の安定性の研究

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    1.無限遠方に流速がある場合の非圧縮性粘性流体の安定性に関して次の成果を得た.(a)外部領域でのOseen方程式の定常問題をローレンツ空間で考察し,解の一意存在を示しさらに,解の評価が無限遠方の流速に依存しないことを示した.これを用いて非線形問題の定常解の存在と流速が0に収束にするときの定常解の弱位相での収束を示した.(b)外部領域でのOseen semigroupの時間に関するdecay評価を無限遠方での流速に独立な形で求めた.これを応用して定常解の初期値に関する安定性を示した.これらの研究は空間時限が3次元以上の仮定のもとで行われた.2.平行平板中の非圧縮性粘性流体の流れの安定性に関し次の成果を得た.(a)ストークス作用素に対するレゾルベント問題を領域Ω=R^<n-1>×(0,1)で考えそのL^p理論(l<p<∞)を構築した,X_n方向が有限であることからλ=0もレゾルベント集合に入る事を示した.特にストークス半群は指数安定である事を示した.(b)(a)の結果を用い平行平板中のクエット流やポアズイ流の初期値の摂動に関する安定性を示した.3.圧縮性粘性流体の定常流とその安定性に関する数学的解析に関して次の事を示した.(a)外力が空間変数に依存する場合の定常解を求め,その空間無限遠方での挙動を求めた.(b)上記定常解からの摂動問題として非定常問題を捉え,初期値のH^3ノルムが小である場合に初期値問題を解いた.さらに対応する線形化問題の解のローレンツ空間での評価を求め,これを応用して非定常問題の解の定常解への時間無限での収束のオーダーを求めた.以上の解析は全空間で行った.4.ストークス作用素に対するNeumann境界値問題の研究に関して次の結果を得た.(a)レゾルベント問題を考えL^p(l<p<∞)空間での解の存在,一意性および評価を求めた.(b)同様の手法を用いてストークス作用素の2相問題に対するレゾルベント問題のL^p(l<p<∞)空間での解の存在,一意性および評価を求めた,これらの研究はナヴィエ・ストークス方程式の自由境界値問題を半群の理論を用いて研究をするための出発点となる研究である

  • 数理物理学に現れる界面問題の数学的解析

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    非圧縮性粘性流体の微小な動きを記述するナビエ・ストークス方程式に対する自由境界問題を考える。Lagrange座標を用いて自由境界問題を固定境界における初期境界値問題に直して得られる線形化方程式が、ストークス方程式に対するノイマン境界値問題となる。この線形化問題は、既にGrubb, Solonnikov等の研究者によって擬微分作用素の理論に基づき考察されているが、我々は関数解析的手法により次の手順で解析した。(1)レゾルベント問題の解析(2)解析的半群の構成(3)Lp-Lq評価。(1)については、有界及び非有界領域に対する問題の解のレゾルベント評価を行い、Lp評価を満たす解の一意存在を示した。ストークス方程式は通常の楕円型方程式と異なるが、楕円型方程式を扱う場合と同様にカットオフ関数を掛けて内点及び無限遠は全空間の問題に、境界の近傍は半空間の問題に帰着し、フーリエ変換を用いて具体的に解を表し、その表現式にフーリエマルチプライヤーの理論とAgmon-Douglis-Nirenbergの特異積分作用素の評価に関する理論を用いてLp評を求めた。(2)については、まずヘルムホルツ分解を定式化した。ストークス方程式は流速と圧力という未知関数を持つが、圧力を消し流速のみからなる同値な問題に帰着した。そして、(1)の結果と併せて解析的半群による解を構成した。次に(3)として、非線形方程式を解くために必要となる外部領域の場合のLp-Lq評価式を導出した。レゾルベントパラメータが0の近傍での解の解析を行い局所エネルギー減衰を示し、それを利用してLp-Lq評価式を導出した。ディリクレ境界条件の場合は、解の一階微分のLp-Lq評価にq≦n(nは空間次元)という制限がつくが、ノイマン境界条件の場合はこの制限がなく、ディリクレ境界条件の場合よりも良い評価となるのが特徴である

  • 実解析的方法による非線形発展方程式の解の安定性の研究

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    実解析的方法を駆使,L_p空間におけるStokes方程式のスペクトル解析とそのNavier-Stokes方程式への応用についての研究を行った.主な成果つ次のようなものである.1.非圧縮性粘性流体が一つの物体を通り過ぎるような場合を数学的に記述するOseen方程式に対応する線形化問題のスペクトル解析により,解析半群の生成とその時間無限遠での漸近挙動を示し,それを応用し対応するNavier-Stokes方程式の小さな初期値に対する時間大域解の存在を示した.2.ビルなどを通り抜ける風の運動などを数学的に定式化したperturbed half spaceにおけるNavier-Stokes方程式の線形化問題として得られるStokes問題の解析半群の生成と時間無限遠での漸近挙動を示した.またそれを応用し対応するNavier-Stokes方程式の小さな初期値に対する時間大域解の存在を示した.3.有界領域におけるStokes方程式のNeumann問題に対する解の最大正則性原理の証明に成功した.本研究ではWeisのFourier multiplierに関する最新の結果を用いこれまでの研究より簡潔でしかもシャープな結果を得た.この研究で得られた方法論は放物発展方程式の最大正則性原理の証明に広く応用できる画期的なものである.さらにこの原理を応用して表面張力を考えなくて良い場合の自由境界をもつNavier-Stokes流の時間大域的一意存在定理を初期値が小さい場合に示した.4.無限遠方での流速が零の場合の回転する物体の外側を流れるNavier-Stokes流の数学的解析において,その線形化問題のスペクトル解析を行い,特に解の時間大域的なLp-Lq評価を示した.我々の結果は非常に画期的で有り,この方面の研究を格段に進歩させた.研究方法の特徴的なところは,局所減衰定理を示したところにある.この定理の証明の一つのポイントは,対応するレゾルベント問題の高周波の部分の解析において,作用素を周波数に関して展開し主要部分はセクトリアル作用素になっているということを示したことにある.この解析は従来の研究にはまったく見られない斬新なアイデアであり,7年以上にわたる研究の成果といえる.5.その他Robinやslip境界条件の下でのStokes方程式のスペクトル解析と対応するNavier-Stokes方程式の解析も行った.また,圧縮性粘性流体に関する拡張も多少を行った.しかし圧縮性粘性流体についての研究の多くは今後の課題である

  • 非線形波動方程式の解の漸近挙動

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    本研究の主な目的は、様々な摩擦項をもつ非線形波動方程式に対して、グローバル・アトラクターの存在とその特徴づけを通して解の漸近挙動を解明することであった。同時にこれと深く関係する解のエネルギー減衰問題を考察すること、また、非線形熱方程式に対しても関連する問題を解明することがつづく目的であった。まず内部問題を考察し、全的な非線形摩擦項および局在敵な非線形摩擦項の両方の場合について、グローバル・アトラクターの存在およびそのエネルギーレベルでの大きさと吸収度を導くことができた。これまで存在のみ知られていたのに対していくつかの新しい特徴づけを与えたものである。つづいて、外部問題を考察しKlein-Gordon型の非線形波動方程式に対して、内部問題とほぼ平行的な結果を証明した。ソボレフ空間の$L^p$空間への埋め込みがコンパクトでないという困難さを、解の空間遠方での局所エネルギーが時間とともに一様に小さくできるという発見により克服できた。中国政府派遣のY.Zhijian教授と共同で、準線形波動方程式について考察し、これまで空間1次元の場合しれれていた結果を空間n次元の場合に拡張することができた。さらに'ローカル・アトラクター'の概念を導入し、小さい初期値に対してのみ時間大域解の存在が知られているような非線形波動方程式にこれを適用した。関連する問題として退化型の非線形熱方程式に対して、インドネシア留学生のN.Arisや中国政府派遣のC.Chen教授らとともに研究し、グローバル・アトラクターの存在および、平滑化効果を含む解の評価を与えた

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Misc

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特別研究期間制度(学内資金)

  • 非線形発展方程式の安定性の研究

    2007年04月
    -
    2008年03月

    ドイツ   コンスタンツ大学数学科

特定課題制度(学内資金)

  • エネルギー変換技術の数理解析モデルの構築

    2018年  

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    非圧縮粘性流体の有界領域における自由境界問題の時間大域解の存在証明を行った。その方法は流体の重心を中心とする移動座標を導入し、問題を固定領域上のNS方程式の初期値・境界値問題とし線形化問題の最大正則性原理と解の減衰定理を示し、これより非線形問題の解の一意存在を示した。またNematic Liquid Crystal の Q-tensor モデルのコーシー問題に対し時間大域解の一意存在と解の漸近挙動を示した。この方程式系は準線形方程式であるが、全空間のように非有界領域での準線形方程式の時間大域解に関する結果はこれまでほとんどなく、新しい研究方法を導入することとなる重要な研究である。

  • 流体数学の観点からの非線型偏微分方程式研究

    2011年  

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    (1) 圧縮性粘性流体の運動を記述する Navier-Stokes 方程式を2次元の外部領域で考え, 時間大域的な解の漸近挙動の研究を行った. 非線形偏微分方程式研究の中心的な話題である, 時間大域解の存在証明は, 線形化問題の解の減衰評価が鍵となる. 圧縮性の場合のNavier-Stokes方程式における連続体の方程式は、質量に対する輸送方程式である。したがって双曲型であるので、システム全体は双曲型・放物型の混合系である. 解の減衰評価を求めるには, 考えている領域が外部領域で非有界であるため、0が連続スペクトルに属する. 従って現時点では松村・西田による先行研究(Commun. Math. Phys. 89, 445-464(1983))で用いられたエネルギィー法しかない. 松村・西田によって得られた時間大域解の時間無限遠方での漸近挙動を求めることが, 本研究のテーマである. これは流れの安定性を示す研究である. 本年度は線形化問題の解のLp-Lq評価を求めた[7]. 2次元では基本解がlog オーダの特異性を原点にもつため. 解析が困難を極め先行研究はみあたらない. [7]では、特殊関数を用いて基本解の漸近挙動を求め, 特異摂動の方法で外部領域におけるparametrix を構成し, 局所減衰定理を示すことに成功した. これと全空間でのLp-Lq評価を cut-off 法によりつなぎ合わせて, 外部領域でのLp-Lq評価を求めた. 非線形問題への応用は来年度の課題となる. 非線形問題研究の重要な課題は, 外部領域での定常解とその無限遠方での漸近挙動の解析が重要なテーマであるが, この先行研究はA. Novotony氏の1990年代の一連の研究にさかのぼる. 2012年1月にNovotony氏を招聘し,5日間の集中講義と関連する研究討論により, 定常解の構成とその漸近挙動に関するNovotony氏の研究を完全に理解することができ, 来年度この定常解の安定性を今年度の結果を用いて示す. この研究は長年の懸案であり, 2次元ということが研究を達成するのにもっとも障害となっていたが、本年度の研究でその障害を乗り越えることができると確信する.(2) 圧縮性粘性流体の運動を記述する Navier-Stokes 方程式の一般領域における任意の初期値に関する時間局所的解の一意存在を示した. この問題の先行研究は1950年代のNash(ノーベル経済学賞受賞で高名)の研究に端を発し, いくつかの異なる方法により研究されてきた. ここでは線形化作用素のレゾルベントの一般領域でのR有界性を示すという極めて新しい方法による理論を構築した. 全空間と半空間でのモデル問題についてはその具体的な解表示に柴田・清水(J.Math.Fluid.Mech.2001)のフーリエ変換像に関する特徴づけ定理を応用してR-有界性を示した. さらに湾曲半空間では半空間からの摂動法により R有界性を示した. 一般領域では全空間, 摂動半空間の結果を単位分解を用いて合わせ, parametrixを構成しR有界性を示した. ここで開発した方法は, 1960年代に盛んに研究された, parameter elliptic equationに関する方法を, R bound はノルムのように使えるという特徴を生かして拡張したものである. これは非常に有効な方法であり, これから多くの問題に適用できると考える. 実際slip conditionや自由境界問題への拡張する研究を, 大学院生等とはじめた. 解析半群の生成とLp-Lq 最大正則性原理がR有界性からすぐに従う. これを応用して非線形問題の時間局所解の一意存在を示した. ここでの解の関数クラスはSolonnikov氏らのよく知られた先行研究とは本質的に異なるもので, 解のクラスの最良化を与えるのみならず, 考えている領域が一般領域であり, その境界の滑らかさも W2-1/2, r (r > N, Nは空間次元)と先行研究を大幅に改良した. さらに有界領域のときは, 小さな初期値に関する時間大域的解の一意存在を示した. 有界領域のときは (1)の非有界領域のときと違い, 圧縮性粘性流体の運動を記述する方程式は放物型非線形方程式となることが本質的である. この事実は松村・西田の研究の後, 1989にG.Stroeherにより指摘されていた. この研究を自由境界問題へと拡張するために, 圧縮性粘性流体の自由境界問題研究の第一人者である W. Zajanczkowski ポーランドアカデミィ教授を11月下旬に約2週間招聘し, 集中講義と研究討論を行った. 教授の方法はエネルギィ法であり、ここで開発したR有界性を用いる方法とは全く異なる。 エネルギィ法は強力であるが、境界についての滑らかさや, 解のクラスの滑らかさを多く仮定しなくてはならないという欠点がある. R有界性を用いる方法はエネルギィ法に代わる新しい方法として今後世界的に広がることが期待される.(3) 非圧縮性粘性流体の運動を記述するNavier-Stokes方程式の1相と2相の場合の自由境界問題の研究を始めた. 今年度は半空間におけるモデル問題に関する, レゾルベント作用素のR-有界性を示した([1],[2]). 方法は解を具体的に表示し, 柴田・清水のフーリエ変換像に関する特徴づけ定理を用いた. 有界領域で表面張力がない場合は柴田・清水による2008年の結果があるが, 本研究では表面張力がある場合を考察している. 来年度以降は非線形問題を研究するが、表面張力がある場合の自由境界問題の先行研究は, 有界領域の場合に Jan Pruess と Gieri Simonettにより2009~2011に行われている. G.Simonett氏を11月中旬に1週間招聘しこの研究についての講義を行っていただき,合わせて研究討論を行い, 来年度以降の研究計画をたてた. また大学院生との共同で層領域での同様の研究を始めた. 研究の一部は本年度の修士論文としてまとめられた.

  • マクロおよびメゾな視点からの流体数学研究

    2010年  

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    ・マクロな視点からの流体数学研究「安定性研究」1) CREST 柴田チーム:柴田班(柴田,鈴木幸人,鈴木政尋)まず騒音問題などの工学的問題の数学的基礎づけを与えるため,流体力学における流れの安定性理論の現状をレビューし,その問題点と課題を抽出した.本年度はEcole Polytechnique流体力学研究所のグループによる理論の問題点を詳細に検討した.またこれを基に擬微分作用素,Fourier積分作用素による解の表示に基づく解析手法の検討に入った.2) 圧縮性粘性流体の安定性研究の重要なステップとなる,線形化問題の解の減衰度に関する結果を得た.特に2次元外部領域における解のLp-Lq評価を榎本裕子(芝浦工大)と共同で得た.3) 層領域におけるNavier-Stokes 方程式の自由境界問題の線形化問題に関してその解表示に現れるロパチンシキィ行列式のゼロ点の詳しい解析を行った.これは解の減衰評価を与える重要なステップである.「混相流研究」1) 混相流を表すNavier-Stokes 方程式の自由境界問題を線形化して得られる,Stokes 方程式の初期値・境界値問題のLp-Lq最大正則性原理と対応するレゾルベント問題の一様レゾルベント評価を同時に示す,R-有界性に基づく理論を完成した.これは清水扇丈(静岡大学)との共同研究である.2) 上記線形化問題を一般領域で考えそのレゾルベント問題の一様評価を与えた.とくに圧力項が満たす弱ノイマン・デリクレ問題と一様レゾルベント評価の同値性を示した.・メゾな視点からの流体数学研究(CREST 柴田チーム:山本班(山本勝弘,吉村浩明,柳尾朋洋)と柴田,鈴木幸人)流体運動をミクロからマクロまでの視点を通して理解するために,①分子動力学の手法による気泡の生成崩壊機構の理解,②粒子法によるナヴィエ・ストークス方程式のラグランジュ記述による解析法の開発,③ナヴィエ・ストークス方程式から導かれる級対称な気泡ダイナミクスに関するレイリー・プリセット方程式による解析を行った.①については,分子動力学による数値解析プログラムを開発し,レナードジョーンズ流体をもとに,気泡の生成崩壊過程を解析した.②の粒子法についても数値解析ツールを開発し自由表面問題である水柱崩壊のベンチマークテストを行った.③に関しては,レイリー・プリセット方程式に高周波の外部励振を加え,ナノバブルにみられるような微小気泡が安定に存在することを数値解析で確認することが出来た.

  • 流体力学の数学:マクロからメソへ

    2009年  

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    ナヴィエ・ストークス方程式の自由境界問題の時間局所解の存在証明をテーマに研究を行った。1.J.Pruess, ハレー大学教授を招聘し、Maximal Lp-regularity, Quasilinear Parabolic Systems, and Applicataions to Two-Phase probolems という表題で、secotorial operatorと R-sectorial operatorの定義と基本性質、作用素値のH-infinity calculusによる最大正則性原理の導出、そして線形安定性理論に関するJ.Pruess氏自身の抽象的理論の紹介と表面張力を有する2相問題の定常解の安定性への応用に関するレビューを受けた。詳細については柴田研究室ホームページhttp://www.fluid.sci.waseda.ac.jp/shibata/index.htmlを参照できる。2. 混相流の研究で用いられる基礎方程式とその数値解法をレビューし,空気中と水中それぞれにおける高速水噴流に関して予備研究を行った.また分子動力学を用いた表面現象に関する研究例をレビューし,混相流問題における分子動力学の有効性を検討した.3. 混相流などの現象を記述する、ナヴィエ・ストークス方程式の自由境界問題を扱う数学理論の基礎として、その線形化問題に対する最大正則性原理を導く方法を確立した。これは上記1のJ.Pruess氏の方法とは本質的に異なる新しい方法で, 時間と空間に別のノルムを使うことのできる非常にシャープな結果を導ける。まず、全空間と半空間のモデル問題については、レゾルベント評価と最大正則性原理を同時に導出することができる, 作用素のR-boundedという概念に基づく方法を確立した。この結果を湾曲半空間の場合に摂動理論を用いて拡張し、さらに湾曲半空間の結果を局所化問題に適用し、剰余項を問題の放物性を利用することで処理することにより、一般領域での最大正則性原理を導く方法を確立した。4. 上記の方法を適用し、有界領域での1相問題での自由境界問題の時間局所解と時間大域解の存在を求めた。5. 3の方法を適用し、熱弾性体方程式に対する最大正則性原理を示した。熱弾性体方程式は波動方程式と熱方程式の混合方程式であるが、全体として放物型方程式となることを発見した。このことから最大正則性原理を示せた。これは先駆的な結果であり、この方面の研究にまったく新しい局面を切り開くにいたった。

  • 流体数学:弱解,ゆらぎ,そして安定性

    2009年  

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    1.確率偏微分方程式的方法により、ナヴィエ・ストークス方程式の弱解の構成を行うための準備として、W. Stannat, Darmstadt 工科大学教授を招へいし、Gaussian measure, Wiener Process, Banach 空間上での Martingales などの基本的な概念からはじまり, Hilbert 空間上での確率偏微分方程式のっ解説、確率ナヴィエ・ストークス方程式への応用などのレヴューを受けた。この講義録は柴田研究室ホームページhttp://www.fluid.sci.waseda.ac.jp/shibata/index.htmlで閲覧可能である。2.G.J.Galdiピッツバーグ工科大学教授, A.Silvestre リスボン工科大学教授等を招へいし, 回転物体まわりの定常流の構成を共同研究の形で行った。3.2で構成した定常流の安定性を示すための第一段階として、定常流のまわりで線形化した一般ストークス作用素のスペクトル解析を行った。さらにこの一般化ストークス作用素が半群を生成することを示し、時間無限遠方での半群の漸近挙動を求めた。またこの結果をもとに回転物体まわりの流れの安定性を示した。4.地球まわりの大気層などの回転する流体の運動を記述するNavier-Stokes-Coriolis方程式の初期値問題の時間大域的な解の存在とその時間無限遠での漸近挙動の解析を行った。証明の鍵は線形化作用素が生成する連続半群は解析半群を生成しない。しかし時間大域解を示すのに十分である減衰評価を求めることは可能であった。これは先行研究のまったくない結果でありこれからのこの方面の研究方法に新しい側面を与えた。5.上記研究テーマに関する「流体数学国際研究集会」を3月8日、9日、15日、16日に行った。詳細は柴田研究室ホームページhttp://www.fluid.sci.waseda.ac.jp/shibata/index.htmlで見れる。6.戦略的創造研究推進事業CREST研究領域「数学と諸分野の協働によるブレークスルーの探索」研究課題「現代数学解析による流体工学の未解決問題への挑戦」が採択される。研究期間は2009年9月~2015年3月

  • 非線形発展方程式の解の安定性の研究

    2008年  

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    研究成果:1.回転しながら平行移動する一つの剛体の周りの非圧縮性粘性流体の定常流の安定性を示した.証明の鍵は線形化問題に対応する連続半群の生成と,この半群の時間無限遠での漸近挙動を求めることにある.この線形化問題は多項式増大する係数を摂動項としてもつオゼン作用素の外部領域における初期値・境界値問題として定式化される.このように多項式増大する摂動項はこれまで全く扱われていない困難な問題であった.証明の鍵はレゾルベントをセクトリアル作用素の部分とセクトリアルではないが無限遠方でよい挙動をする部分に分けることにあった.2.種々の領域での非圧縮性粘性流体の自由境界問題の時間局所解の一意存在を示した.これまではヒルベルト空間の枠で考えられていた問題を,Lp-Lq最大正則性原理を示すことで,一般のバナッハ空間で示すことに成功した.これは自由境界問題では全く行われていない,ヴィエ.ストークス方程式をスケーリング不変な空間で扱うということを実現するために不可欠な考察である.非圧縮性粘性流体の自由境界問題の研究に新しい展開を与えた.またこれまでは液滴の落下や海面の運動に対応する数学的解析しか行われなかったのを,有界領域,外部領域,摂動半空間,摂動層領域,チューブ領域など物理的に自然に現れるあらゆる領域に対応する理論を構築した.3.板の運動と熱力学第2法則による内部エネルギィ変化を考慮した,分散型と放物型の混合系に関する初期値.境界値問題が解析半群を生成することをLp枠で示した.この問題はこれまでヒルベルト空間枠でしか扱われていなかったのを,バナッハ空間枠での扱いの拡張した.これにより方程式系のもつ分散性と放物性の両面の共存状態を完全に解明した.

  • Navier-Stokes方程式の解の安定性の研究

    1998年  

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    (1)3次元圧縮性粘性流体中を運動する物体の安定性を、極限状態が定数である場合に考えた。この場合の解の存在、一意性、またL2枠での解の安定性は村松―西田により10年以上前に示されていた。また、初期値がL2空間に属しているときの解の各点での評価はDeckelnikにより示されていた。しかしこの評価は最良ではなかった。私は九州工科大学の小林氏との共同研究により、各点ごとの解の最良な評価を行った。その評価はdiffusion problemのものと結果としては、同じである。(2) (1)での研究のなかで、質量項は双曲型方程式を本質的に満たす。こうして、全体としていわゆるdiffusion waveといわれる現象を数学的にとらえる方法を発見した。さらにそれを明確にするために、viscoelastic equationに対するCauchy問題を考えその解のL∞-L/I>1評価を行った。この証明中に、diffusion wave processを数学的にとらえる新しい方法を開発した。これは、双曲型と放物型の効果がいりまじった多くの方程式の解析に新しい視点と解析の方法を与えるものである。(3) 解の安定性を研究するのにあたり、線形化した問題の解のdecay estimateを行うことが問題となる。解はFourier変換をかいして表記されることが多い。そこで、関数とそのFourier変換像との関係を厳密に調べることは大事である。その観点にたち、古典的なBochner定理の拡張を行い、その応用としてStokes semigroupのfractional derivativeのdecay estimateを行った。結果自体は知られているものもあるが、照明方法は新しく、従来のものに比して簡単、明瞭であり、多くの新しい応用が期待できる。以上が特定課題研究助成費を用いて行った1998年度の研究の概要である。

  • 2次元外領域でのNavier-Stokes方程式の漸近挙動の研究

    1997年  

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    2次元外領域でのNavier-Stokes方程式の漸近挙動について次の結果を得た。 線形化して得られるStokes作用素Aのレゾルベント(λ+A)-1にたいして、λ=0 の近傍で(λ+A)-1= つぎに、レゾルベントの展開を応用してStokes semigroup{etA}の時刻t→∞ でのdecay評価を次のように求めた。∥etAf∥≦Cpqt-o(1/q-1/p)∥f∥q 1<q≦p≦∞∥▽etAf∥Lp≦Cpqt-(1/q-1/p)-1/2∥f∥Lp1<q≦p≦2t-1/q∥f∥Lp  1<q≦p, 2<p≦∞ この事実を用い Kato argument を応用して Navier-Stokes 方程式の解u(t,x)のt→∞での挙動が次のようになることを示した。∥u(t,・)∥Lp=o(t-(1/2-1/p)), 2≦p≦∞ ∥▽u(t,・)∥L2=o(t-1/2)2次元問題の解の存在は Leray-Hopf, 一意性は Lions-Prodi により示されていた。また、∥u(t,・)∥L2→0t→∞は Masuda により示された。しかし、この収束の order を求めることは解の性質を知る上で重要な問題であった。はじめにこれに挑戦したのは、1993年の Kozono-Ogawa の論文であった。しかしそこでは、L∞ノルムの評価が optimal ではなかった。また、Stokes 方程式の漸近挙動を調べてもいなかった。この研究では、特にL∞ノルムの評価の optimal な評価を与えたこと。そして、Stokes semigroup の decay 評価を与えたことが特に注目すべき点である。また方法論的に言えば、レゾルベントの評価等を求める方法は解の性質を知るうえで色々な応用が見込まれる重要なものである。研究成果の発表1997年7月J. Mu&#209; oz Rivera and Y. Shibata.Weiley & Sons Ltd.Mathematical Methods in the Applied Sciences, A linear thermoelastic plate equations with Dirichlet boundary condition1997年8月P. Galdi, J. Heywood and Y. ShibataSpringer-VerlagArchiv Rational Mechanics and AnalysisOn the global existence and convergence to steady state of Navier-Stokes flow past an obstacle that is started from rest1997年11月Y. ShibataGakkoutoshoMathematical Sciences and ApplicationsAn initial boundary value problem for some hyperbolic-parabolic coupled system1997年11月Y. ShibataGakkoutoshoMathematical Sciences and ApplicationsAn exterior initial boundary value problem for the Navier-Stokes equation

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